Prótesis fabricadas para un ajuste preciso y calidad de vida
Las prótesis de cadera deben fabricarse con gran precisión, especialmente en la zona de conexión entre el vástago de la cadera y la rótula. Para conseguirlo, Ceratizit ha desarrollado una solución de mecanizado basada en un sistema de eje en U y un escariador especial cónico. Cuando se combina con otras herramientas de precisión de Ceratizit se cumplen las tolerancias requeridas, al tiempo que se aumenta la productividad en comparación con los métodos de producción convencionales.
Si una articulación de la cadera afecta a la calidad de vida restringiendo el movimiento y causando dolor crónico, y si los métodos de tratamiento conservadores ya no ayudan, la única opción es implantar una articulación de reemplazo artificial: sólo en Alemania se realizan más de 200.000 operaciones de este tipo cada año. Los que optan por esta vía esperan mejorar su calidad de vida de forma duradera. Para hacer realidad esta esperanza, además de un buen cirujano y una atención de primera, se necesitan ‘piezas de recambio’ de la máxima calidad.
Las prótesis suelen consistir en un vástago de fémur que conecta con una esfera o cabeza femoral, que hace de rótula, la conexión a la cadera que se denomina cotilo, y una pieza intermedia para garantizar que el movimiento sea lo más suave posible. Durante la fabricación, debe prestarse especial atención a la conexión entre el vástago del fémur y la rótula; para garantizar que las superficies cónicas encajen perfectamente, deben fabricarse con la máxima precisión y calidad superficial.
Por lo tanto, las herramientas utilizadas desempeñan un papel crucial en la fabricación de estos componentes. Dirk Martin, director de aplicaciones médicas de Ceratizit y miembro del Team Cutting Tools, explica: “Una prótesis de cadera se fabrica con materiales difíciles de mecanizar, que no sólo deben ser mecanizados dentro de las tolerancias más estrechas, sino también de forma económica. En última instancia, una prótesis de cadera debe ser asequible para el mayor número de personas posible. El papel de Ceratizit es desarrollar soluciones de herramientas adecuadas para estas tareas”.
La experiencia de Ceratizit en el sector del mecanizado aporta un profundo conocimiento de una amplia gama de herramientas estándar y de fabricación especial, así como los conocimientos de mecanizado asociados. “Gracias a nuestra enorme gama de productos y a la experiencia de nuestros especialistas en aplicaciones, estamos muy bien situados para proporcionar apoyo y desarrollar estrategias de mecanizado para aplicaciones como las que conectan el vástago de la cadera y la esfera de la articulación”, afirma Dirk Martin. “Con nuestra gama de herramientas, podemos probar todo tipo de enfoques para encontrar finalmente la solución óptima”.
En el caso de la articulación artificial de la cadera, los componentes tienen requisitos especialmente exigentes y variados. En el caso del vástago de la cadera, fabricado con la aleación de titanio de alta resistencia Ti6Al4V, debe alcanzarse una tolerancia angular de sólo +/-5' en la zona de conexión cónica. Otras tolerancias son 3 µm para la rectitud, 8 µm para la redondez y 60 µm para el diámetro. También es importante que se alcance la relación de contacto especificada para el cono y que se produzca un perfil de ranura definido con precisión.
La rótula se fabrica con una aleación a base de cobalto (Co-Cr-Mo). Su orificio cónico debe tener las mismas tolerancias de forma, ángulo y dimensión, así como la relación de contacto especificada. Sin embargo, no debe haber marcas, crestas o ranuras hechas durante el mecanizado. Dirk Martin señala otro factor crucial: “Necesitamos una solución de mecanizado que sea adecuada para la producción en serie. Esto significa que el mecanizado debe ser seguro para el proceso y requerir la menor supervisión posible”.
El eje en U flexible y el escariador cónico especial garantizan el éxito
Para producir el perfil exterior cónico, los especialistas en aplicaciones de Ceratizit optaron por el mecanizado previo con una fresa cónica de metal duro. A continuación, el desbaste y el acabado se realizan con un sistema de eje en U de Ceratizit. “Se trata de un eje NC intercambiable y libremente programable para centros de mecanizado, que puede utilizarse para mecanizar contornos o para el torneado”, explica Dirk Martin. “Se pueden utilizar portaherramientas y plaquitas intercambiables para crear contornos en agujeros y trabajos de mecanizado en el exterior. Por lo general, esto significa que los tiempos de producción pueden reducirse considerablemente, a la vez que se obtiene una calidad superficial óptima y una precisión de forma superior a la habitual.” Esto significa que se puede producir la estructura de rebaje deseada en el cono del vástago incluso en un centro de mecanizado. La ventaja es que todos los procesos de mecanizado pueden realizarse en una sola máquina. Si se utilizara el proceso convencional, se necesitaría un torno y una fresadora, lo que supone una sujeción adicional, volver a alinear, y tiempo y dinero adicionales.
Para realizar el orificio cónico de la rótula, la solución de Ceratizit consiste en realizar los siguientes pasos en un torno: En primer lugar, la pieza se refrenta para proporcionar una superficie plana para la posterior broca especial de metal duro de 180° con cuatro filos de corte. A continuación, se realiza el agujero de fondo plano con ella. Posteriormente, se utiliza la herramienta de taladrar y tornear EcoCut Classic para producir el cono con un contorno cercano al final, mientras que un escariador cónico especial de metal duro integral garantiza el patrón de contacto ideal, así como una calidad superficial y una tolerancia perfectas. La capacidad de reafilado también ahorra al usuario más costes de producción. Dirk Martin comenta: “También pudimos producir el contorno interno con la precisión requerida con un eje en U. Sin embargo, el uso del escariador es el mejor método para la calidad superficial ultra lisa que se requiere”.
En definitiva, el enfoque de Ceratizit permite fabricar los contornos críticos de la articulación artificial de la cadera con seguridad de proceso y de forma extremadamente económica. El patrón de contacto conseguido (relación de contacto y superficie de contacto) y las tolerancias de ambos procesos de mecanizado están bien dentro de los límites especificados. Dirk Martin está orgulloso de este logro del equipo: “Con este enfoque, hemos podido posicionarnos como proveedor de servicios completos para nuestro cliente, una renombrada empresa de tecnología médica, con la perspectiva de nuevos pedidos”.
La experiencia de Ceratizit en el sector médico se extiende también a otras prótesis articulares similares, como las articulaciones artificiales de hombro, así como a los accesorios para las articulaciones artificiales de rodilla.
La solución Ceratizit de un vistazo y valores específicos
Perfil exterior cónico del vástago de la cadera (producido en un centro de mecanizado)
1. Mecanizado previo mediante fresa especial de metal duro con ángulo incorporado (Ø 12,0 mm/z4) Vc 90 m/min, Fz 0,12 mm, Ap máx 16 mm
2. Mecanizado posterior con eje U con plaquita intercambiable especial optimizada con R0,8
Pasada de desbaste con Ap(1): 0,20 mm y Fz(1): 0,10 mm
Pasada de acabado con Ap(2): 0,03 mm y Fz(2): 0,24 mm
Agujero cónico en la articulación de la cadera (producido en un torno con un escariador):
1. Pre-mecanizado utilizando una broca especial de 180° (broca especial de metal duro integral D12 de 180° con cuatro filos de corte)
Para crear un orificio con un fondo plano.
2. EcoCut utilizada para el taladrado con un contorno cercano al final (EcoCut Classic 3xD [#70804608] con XCNT 040102ER CTPP430 [#70386922])
3. Escariador cónico de metal duro integral especial de precisión para orificios con 5°42'30” +/-5'
