Podczas szlifowania i polerowania wewnętrznych obszarów panewki biodrowej dla większości producentów wciąż preferowane są procesy wspierane przez CNC jako rozwiązanie obróbcze pierwszego wyboru. Jednak dzięki szlifowaniu wibracyjnemu w okrągłym wibratory oraz indywidualnie opracowanej do tego zadania urządzeniu mocującemu dostępny jest znacznie bardziej opłacalny proces, który jest mniej pracochłonny i łatwo oraz powtarzalnie osiąga wymagane wartości chropowatości. Rösler Oberflächentechnik opracował dwuetapowy proces, w którym jednocześnie można obrabiać do 35 panewki biodrowe. Umożliwia to specjalnie zaprojektowane mocowanie przedmiotu.
Czopy stawowe lub kubki acetabularne do zastosowań „Dual Mobility” zazwyczaj wykonane są z kobaltu-chromu lub tytanu, produkowane są w procesie obróbki skrawaniem, a następnie poddawane wstępnej obróbce powierzchniowej poprzez szlifowanie lub toczenie precyzyjne. Po tym procesie obróbki skrawaniem wartość Ra surowców zazwyczaj mieści się w zakresie od 1 do 0,6 µm. Jednak w przypadku zastosowania w ciele ludzkim wartość chropowatości musi być znacznie niższa, a mianowicie maksymalnie 0,05 µm. Tylko w ten sposób zapewniona jest optymalna funkcjonalność czopa stawowego, odpowiednie nawilżenie własnymi substancjami smarującymi oraz brak zwiększonego tarcia między wkładem PE a metalowym czopem.
Szlifowanie powierzchni wewnętrznych jako wyzwanie obróbcze
Dla technologii szlifowania ściernego szczególnym wyzwaniem w tym przypadku obróbczej nie jest osiągnięcie wymaganego poziomu chropowatości, lecz krytyczna pozycja obrabianej powierzchni wewnątrz półkuli. Stanowi ona tzw. geometrię formującą, której ciała ścierne nie mogą aktywnie towarzyszyć.
Przy swobodnym ruchu elementów w zbiorniku obróbczy, wnętrza wypełniłyby się wprawdzie ciałami ściernymi, jednak skuteczna obróbka odbywałaby się wyłącznie na powierzchniach zewnętrznych, ponieważ wewnątrz nie powstaje wystarczający ruch względny.
W tym konkretnym przypadku Rösler może wykorzystać swoje pełne doświadczenie w obróbce powierzchni, a szczególnie w technologii szlifowania wibracyjnego, i korzysta również z wewnętrznego rozwoju i produkcji. „Obrabiamy panewki stawowe w wibracyjnym urządzeniu okrągłym w wersji bez kopuły. Te urządzenia zostały pierwotnie zaprojektowane dla przemysłu lotniczego, gdzie wysokiej jakości i złożone elementy muszą być obrabiane w sposób szczególnie oszczędny dla materiału, jednocześnie z wysokimi wydajnościami usuwania materiału. Ta specjalna forma pojemnika roboczego różni się od klasycznego wibracyjnego urządzenia okrągłego tym, że silnik nie znajduje się w centralnej części pojemnika roboczego, czyli w kopule, lecz na zewnątrz pojemnika roboczego. W ten sposób w środku powstaje miejsce na urządzenie mocujące z unikalnym wkładem, w którym panewki stawowe mogą być mocno zamocowane,” wyjaśnia Michael Striebe, Global Sales and Process Expert w Rösler. W ten sposób ruch względny przenosi się również na wnętrza panewek stawowych, a proces szlifowania i polerowania może zostać rozpoczęty.
Jako środki obróbcze firma Rösler stosuje specjalnie opracowane dla technologii medycznej plastikowe ciała ścierne oraz suchy środek polerski. Ciała ścierne są tak drobno zbudowane, że można nimi osiągnąć bardzo niskie chropowatości powierzchni poniżej Ra 0,05 µm w procesie wstępnego szlifowania. Homogeniczna i drobna struktura zapewnia idealną powierzchnię do ostatecznego polerowania. Przy tym chropowatość jest jeszcze poprawiana do 0,02 µm lub poniżej. Czas obróbki zależy od zastosowanego materiału podstawowego i stanu surowego elementu.
Polerowanie jako bardziej opłacalna alternatywa dla wykończenia robotycznego
Polerowanie i szlifowanie panew hipowych przez roboty odbywa się wprawdzie szybko, jednak wiąże się z dużym nakładem pracy związanym z programowaniem, nadzorem procesów i kompensacją zużycia dla każdego pojedynczego elementu. Polerowanie robotem oznacza, że każdy element musi być indywidualnie podnoszony i mocowany. Dla każdego rozmiaru części wymagany jest osobny, dokładnie zdefiniowany program robota. Dodatkowo dochodzi zużycie narzędzi: niezależnie od tego, czy chodzi o narzędzie polerskie, szczotkę czy inne narzędzia specjalistyczne, ubytek materiału zmienia się w sposób ciągły, a to zużycie musi być uwzględnione w procesie. Sam robot nie jest w stanie tego zrekompensować, ponieważ jedynie podąża za z góry określoną trasą. Podobnie wygląda sytuacja z ręcznym wykończeniem, które również jest szybkie, ale całkowicie nieekonomiczne. Ryzyko wystąpienia nierówności w jakości to kolejne zagrożenie, ponieważ operator nie zawsze może utrzymać te same parametry obróbcze, a znalezienie doświadczonego personelu, szczególnie do tych procesów obróbczych, staje się coraz trudniejsze.
Podczas szlifowania w bezwałowym wibracyjnym urządzeniu szlifierskim, po załadowaniu maszyny wystarczy jedynie zdefiniować czas obróbki, resztę procesu przejmuje sama maszyna. Nie jest wymagany ani operator, ani dodatkowa automatyzacja – urządzenie potrzebuje jedynie mediów szlifierskich lub polerskich, wody i energii elektrycznej. Zużycie medium szlifierskiego nie ma wpływu na wynik obróbki w tym procesie. Należy jedynie utrzymywać stały poziom w urządzeniu.
„Wynik to bardziej stała i ogólnie wyższa jakość powierzchni z bardziej jednolitymi strukturami” – wyjaśnia Michael Striebe, który od około dziesięciu lat obsługuje klientów z branży medycznej w swojej roli jako Global Sales and Process Expert w firmie Rösler. „Z doświadczenia uważam, że powierzchnie uzyskane w procesie polerowania są bardziej finezyjne i wysokiej jakości, co szczególnie widać w tym, że regularnie znacznie przekraczamy wymagane wartości chropowatości. W zależności od początkowej chropowatości możliwe są wyniki powierzchniowe na poziomie Ra 0,01µm – przy zachowaniu wszystkich tolerancji kształtu. To wyjątkowa jakość, która podkreśla efektywność i skuteczność tego procesu.”
Nadzór procesów i zwiększenie efektywności dzięki digitalizacji
W procesach obróbki powierzchni w medycynie, szczególnie w przypadku implantatów, nie tylko opłacalność metody oraz konsekwentne przestrzeganie zdefiniowanych wartości chropowatości i tolerancji kształtu są na pierwszym planie. Oprócz reprodukowalnego osiągania wymaganej jakości powierzchni, cały proces obróbczy musi być w swojej genezie, stabilności i powtarzalności całkowicie przejrzysty i dokładnie udokumentowany. Kompleksowe monitorowanie części i procesów jest kluczowym warunkiem dla zweryfikowanych i zgodnych z audytem procesów produkcyjnych.
Te wymagania można w pełni zrealizować za pomocą aktualnej wersji oprogramowania do cyfryzacji Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort. Oprogramowanie automatycznie monitoruje i cyfryzuje jakość wody procesowej, samodzielnie pobiera próbki w określonych odstępach czasu, dokumentuje wyniki pomiarów i automatycznie kompensuje odchylenia poprzez celowe dodawanie zdefiniowanych dodatków. Dzięki temu zapewniona jest trwała stabilność jakości wody procesowej, wspierana jest reprodukowalność wyników obróbczych, a jakość obrabianych komponentów pozostaje na stałym, wysokim poziomie. Jeśli system wykryje dodatkową potrzebę działania, informuje operatora i wydaje jednoznaczną, dokumentowalną instrukcję działania. Wszystkie dokonane wówczas dostosowania są również dokumentowane i w każdej chwili można je prześledzić.
Rozwiązanie przyszłościowe, dostosowane do branży
Dzięki opracowaniu tego efektywnego procesu szlifowania i polerowania w wibracyjnym urządzeniu bezdomowym, Rösler oferuje ekonomiczną alternatywę dla klasycznego polerowania robotycznego lub ręcznego. Wysokie zaangażowanie personelu przy ręcznym polerowaniu jest redukowane o około 70-80 % w przypadku szlifowania, jedynie załadunek musi być jeszcze wykonywany ręcznie. Wysoka reprodukowalność, doskonała jakość powierzchni oraz możliwość cyfrowego monitorowania i sterowania procesem przez Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort sprawiają, że proces ten jest przyszłościowym rozwiązaniem do precyzyjnej obróbki misek do podnoszenia. „Podczas opracowywania procesu obróbczej dokładnie przyjrzeliśmy się problemom występującym w powszechnie stosowanych metodach i dostosowaliśmy nasze rozwiązanie dokładnie do nich” - wyjaśnia Michael Striebe. „Było to możliwe tylko dzięki skonsolidowanej kompetencji w zakresie inżynierii mechanicznej, rozwoju procesów i produkcji środków technologicznych, które są zintegrowane w Rösler pod jednym dachem. Przyszłość obróbki misek do podnoszenia leży w wibracyjnym urządzeniu bezdomowym.”
Kontakt:
