Pour le meulage et le polissage des zones intérieures des cupules d'articulation, la plupart des fabricants utilisent encore des procédés assistés par CNC comme solution de traitement de premier choix. Cependant, avec le polissage à l'aide d'un vibrateur circulaire et un dispositif de fixation développé spécifiquement pour cette tâche, un processus beaucoup plus économique est disponible, qui est moins complexe et atteint facilement et de manière reproductible les valeurs de rugosité requises. Rösler Technologie de surface a développé un procédé à deux étapes, permettant de traiter jusqu'à 35 cupules d'articulation simultanément. Cela est rendu possible grâce à un dispositif de prise de pièce spécialement conçu.
Les cupules d'articulation ou cups acétabulaires pour des applications de « mobilité duale » sont généralement fabriquées en cobalt-chrome ou en titane, sont usinées et reçoivent ensuite un premier traitement de surface par meulage fin ou tournage de précision. Après ce processus d'usinage, la valeur Ra des pièces brutes se situe généralement entre 1 et 0,6 µm. Pour une utilisation dans le corps humain, la valeur de rugosité doit cependant être nettement inférieure, à savoir au maximum 0,05 µm. Ce n'est qu'ainsi que l'on s'assure que la cupule d'articulation fonctionne de manière optimale, est suffisamment lubrifiée avec des lubrifiants corporels et qu'il n'y a pas d'augmentation de la friction entre le PE - insert et la cupule métallique.
Meulage des surfaces intérieures comme défi de traitement
Pour la technique de polissage à vibrateur, le défi particulier dans ce cas de traitement ne réside pas dans l'atteinte de la valeur de rugosité requise, mais dans la position critique de la surface à traiter à l'intérieur d'une demi-sphère. Cela représente une géométrie dite de prélèvement, que les corps abrasifs ne peuvent pas suivre activement.
Avec un mouvement libre des pièces dans le conteneur de traitement, les espaces intérieurs se rempliraient de corps abrasifs, mais un traitement efficace n'aurait lieu qu'à la surface extérieure, car il n'y a pas de mouvement relatif suffisant à l'intérieur.
Dans ce cas concret, Rösler peut mettre en avant toute son expérience en matière de traitement de surface et en particulier dans la technique de polissage à vibrateur, et bénéficie également de son propre développement et fabrication. « Nous traitons les cupules d'articulation dans un vibrateur circulaire sans dôme. Ces installations ont été initialement développées pour l'industrie aéronautique, où des composants de haute qualité et complexes doivent être traités de manière particulièrement respectueuse des matériaux, tout en ayant des performances d'enlèvement élevées. Cette forme spéciale du conteneur de travail se distingue d'un vibrateur circulaire classique par le fait que le moteur ne se trouve pas dans le dôme du conteneur de traitement, mais à l'extérieur du conteneur de travail. De cette manière, il y a de la place à l'intérieur pour un dispositif de fixation avec un insert unique, dans lequel les cupules d'articulation peuvent être fixées solidement », explique Michael Striebe, expert mondial en ventes et processus chez Rösler. Ainsi, le mouvement relatif se transmet également aux zones intérieures des cupules d'articulation et le processus de meulage et de polissage peut être lancé.
Comme moyen de traitement, Rösler utilise des corps abrasifs en plastique spécialement développés pour la technologie médicale ainsi qu'un agent de polissage à sec. Les corps abrasifs sont si finement construits qu'ils permettent d'atteindre des rugosités de surface très faibles de moins de Ra 0,05 µm lors du pré-polissage. La structure homogène et fine garantit ainsi une surface parfaite pour le polissage final. La rugosité est encore améliorée à 0,02 µm ou moins. La durée de traitement dépend du matériau de base utilisé et de l'état de la pièce brute.
Polissage à vibrateur comme alternative plus économique au polissage robotisé
Le polissage et le meulage des cupules d'articulation par des robots se font certes rapidement, mais un effort considérable est nécessaire pour la programmation, la surveillance des processus et la compensation de l'usure pour chaque pièce individuelle. Le polissage robotisé signifie que chaque pièce doit être prise et fixée individuellement. Pour chaque taille de pièce, un programme robotisé propre et précisément défini est nécessaire. S'ajoute à cela l'usure des outils : que ce soit pour l'outil de polissage, la brosse ou d'autres outils spéciaux, l'enlèvement varie continuellement, cette usure doit être prise en compte dans le processus. Le robot lui-même ne peut cependant pas compenser cela, car il suit simplement un chemin prédéfini. Il en va de même pour le traitement manuel final, qui est également rapide, mais totalement non rentable. Le risque d'irrégularités dans la qualité est un autre risque, car l'opérateur ne peut pas toujours respecter les mêmes paramètres de traitement et il devient de plus en plus difficile de trouver du personnel qualifié pour ces processus de traitement.
En revanche, lors du polissage à vibrateur dans un vibrateur circulaire sans dôme, après le chargement de l'installation, il suffit de définir le temps de traitement, le reste du processus est pris en charge par la machine elle-même. Aucun opérateur ni automatisation supplémentaire n'est nécessaire - l'installation a simplement besoin de médias abrasifs ou de polissage, d'eau et d'électricité. L'usure du média abrasif n'a également aucun impact sur le résultat du traitement dans ce procédé. Seul le niveau de remplissage dans l'installation doit être maintenu constant.
« Le résultat est une qualité de surface plus constante et globalement plus élevée avec des structures plus homogènes », explique Michael Striebe, qui s'occupe des clients de la technologie médicale depuis environ dix ans dans sa fonction d'expert mondial en ventes et processus chez Rösler : « D'après mon expérience, je pense que les surfaces de polissage à vibrateur sont plus fines et de meilleure qualité, ce qui se manifeste particulièrement par le fait que nous dépassons régulièrement les valeurs de rugosité requises. Selon la rugosité de départ, des résultats de surface de Ra 0,01 µm sont possibles - tout en respectant toutes les tolérances de forme. Une qualité exceptionnelle qui souligne l'efficacité et l'efficience de ce procédé. »
Surveillance des processus et augmentation de l'efficacité grâce à la numérisation
Dans les processus de traitement de surface dans la technologie médicale, en particulier lorsqu'il s'agit d'implants, l'économie du procédé ainsi que le respect strict des valeurs de rugosité et des tolérances de forme définies ne sont pas les seuls aspects importants. En plus de l'atteinte reproductible de la qualité de surface requise, l'ensemble du processus de traitement doit également être entièrement traçable et documenté de manière continue en termes de création, de stabilité et de répétabilité. Un suivi complet des pièces et des processus est une condition centrale pour des processus de fabrication validés et conformes aux audits.
Ces exigences peuvent être entièrement satisfaites par la version actuelle du logiciel de numérisation Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort. Le logiciel surveille et numérise automatiquement la qualité de l'eau de process, prélève de manière autonome des échantillons à des intervalles définis, documente les résultats des mesures et compense les écarts par l'ajout ciblé d'additifs définis. Cela garantit une qualité d'eau de process stable à long terme, soutient la reproductibilité des résultats de traitement et garantit une qualité constante des pièces usinées. Si le système détecte un besoin d'action supplémentaire, il informe l'opérateur et fournit une instruction d'action claire et documentable. Tous les ajustements effectués par la suite sont également documentés et peuvent être retracés à tout moment.
Solution durable, sur mesure pour l'industrie
Avec le développement de ce processus de meulage et de polissage efficace dans le vibrateur rond sans dôme, Rösler propose une alternative économique au polissage classique par robot ou à la main. L'utilisation élevée de personnel lors du polissage manuel est réduite d'environ 70 à 80 % lors du polissage à vibrateur, seule la charge doit encore être effectuée manuellement. Une haute reproductibilité, une qualité de surface exceptionnelle et la possibilité de surveillance et de contrôle numérique du processus par Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort font de cette méthode une solution pérenne pour l'usinage précis des godets de levage. « Lors du développement du processus de traitement, nous avons examiné de près les points de douleur des méthodes courantes sur le marché et notre solution a été précisément adaptée à ceux-ci », explique Michael Striebe. « Cela n'a été possible que grâce à la compétence combinée en ingénierie mécanique, développement de processus et production de moyens de traitement, qui sont réunies sous un même toit chez Rösler. L'avenir de l'usinage des godets de levage réside dans le vibrateur rond sans dôme. »
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