Mejoras en el torneado y fresado de implantes médicos

La industria médica continúa su crecimiento dinámico y sigue siendo un importante reto en el diseño de herramientas adecuadas para el sector. Este continuo crecimiento es el resultado de una exhaustiva labor de investigación y desarrollo de productos que mejoran la calidad y el incremento de la esperanza de vida en las regiones occidentales y asiáticas. Esta circunstancia contribuye en gran medida al crecimiento del mercado de implantes ortopédicos. Es por ello que los fabricantes buscan constantemente nuevos y mejores herramientas y centros de torneado para garantizar la competitividad.

El material más utilizado para fabricar implantes está compuesto por el 6% de aluminio, el 4% de vanadio y el 90% de titanio, comúnmente se le denomina Ti6Al4V. El 10% restante del mercado es para el acero inoxidable 316L, utilizado principalmente para alérgicos al titanio. La mayor parte de cirujanos prefieren el Ti6Al4V porque el tejido humano se adhiere a él mucho mejor que al acero. Las personas dedicadas a la búsqueda de materiales trabajan actualmente para conseguir una aleación de titanio de mayor pureza para acortar el tiempo de recuperación de los pacientes.

Por otra parte, la industria médica utiliza diferentes máquinas para aplicaciones de fresado y torneado. Para aplicaciones de fresado se suelen utilizar equipos con husillos de gran velocidad y avanzadas tecnologías, que permiten un cambio rápido de herramientas. El equipo habitual de torneado se compone de pequeños tornos CNC equipados con la última tecnología (software, husillos, portaherramientas, etc.) para una rápida y precisa producción de grandes series.

Por todo ello, la demanda mundial de piezas para la industria médica torneadas de precisión está aumentando definitivamente, especialmente en lo que se refiere a implantes ortopédicos y dentales. Esto es debido, en parte, al envejecimiento de la población: cuantos más años vivimos, más implantes necesitamos. Iscar ha realizado un exhaustivo estudio del mercado de los implantes ortopédicos para determinar los tipos de herramientas más eficaces para mejorar su producción. Como resultado, se han diseñado líneas específicas de herramientas, plaquitas y rompevirutas para mecanizar Ti6Al4V y conseguir las precisas tolerancias requeridas por la industria. Sus herramientas de corte para cada una de las diferentes aplicaciones pueden adaptarse de manera que los fabricantes puedan utilizar los equipos de producción que ya tienen. Así, por ejemplo, cambiando a las plaquitas Pentacut con recubrimiento PVD de Iscar, en un portaherramientas con fijación por tornillo muy rígida, se logra una duración del filo de corte hasta 250 piezas por filo y un acabado superficial excelente.

Por esto no es sorprendente la elevada competencia existente en este sector. El negocio se lo llevará el proveedor que no sólo ofrezca una extremada precisión y eficiencia en materiales de escasa maquinabilidad, sino también una capacidad de desarrollar prototipos, de dar una respuesta rápida y que esté dispuesto a suministrar pequeñas cantidades. El trabajo con unos materiales tan difíciles de mecanizar y costosos y con lotes de fabricación tan pequeños, deja muy poco margen para el error. Para ser competitivo y rentable en esta especialidad, es necesario acertar a la primera.

Por ejemplo: Cuando un fabricante de implantes dentales produce una pieza en un torno automático (ver fig. 1), las plaquitas se caen prematura e impredeciblemente, a menudo a causa de un astillamiento o rotura del filo. La duración media del filo es 90 piezas, pero la gama es tan amplia y variada, que el término ‘media’ pierde su sentido. Por tanto, la operación necesita la atención constante del operario.

Cambiando a las plaquitas Pentacut con recubrimiento PVD de Iscar en un portaherramientas con fijación por tornillo muy rígida, se consiguió una duración del filo de corte de hasta 250 piezas por filo y un acabado superficial excelente. El fallo fue gradual y el desgaste del filo de corte predecible según el deterioro del acabado superficial. La operación podía llevarse a cabo sin necesidad de una tención continua. El factor clave para esta mejora es la fijación, extremadamente rígida, que mantiene las plaquitas en su sitio.

En este caso, se extrajo más de la mitad del peso original de metal, un aspecto del torneado de componentes médicos que suele pasarse por alto. Aunque se trata de piezas pequeñas, el volumen de metal a extraer es relativamente grande. Ya sea en pequeños tornos automáticos o centros de torneado, en el mecanizado de piezas para la industria médica normalmente se parte de una barra maciza y se tornean diámetros muy escalonados. La pieza final pesa mucho menos que antes del mecanizado.

Otro denominador común en el torneado de piezas para la industria médica es que el material suele tener poca maquinabilidad. Los principales materiales que se utilizan son aceros inoxidables elásticos y otras aleaciones con base níquel, titanio y aleaciones a altas temperaturas. En la selección de los materiales, la biocompatibilidad, la resistencia a la corrosión y una extremada resistencia priman sobre la maquinabilidad.

La geometría de la pieza se puede unir a estos factores. Los tubos de paredes delgadas, especialmente de aluminio, tienen tendencia a deformarse, a menos que los filos de corte sean muy vivos. Muchas piezas pueden ser asimétricas, con complejas curvas que pueden interferir con las fijaciones y apoyos. Esto hace que sea fundamental minimizar las fuerzas de corte, para que la pieza se mecanice sin deformarse. En especial, las RPM deben ajustarse para mantener la velocidad adecuada mientras el diámetro se reduce en estos materiales difíciles.

Afortunadamente, actualmente existen importantes avances en las herramientas para materiales de difícil mecanización, para las pequeñas dimensiones requeridas para implantes médicos. Los nuevos recubrimientos reducen la fricción, el calor generado y las causas de las tensiones microscópicas que producen la rotura del filo. Las avanzadas calidades de metal duro dan excelentes resultados, incluso con corte interrumpido. Los rompevirutas más agresivos y la refrigeración a través de la herramienta mejoran la evacuación y control de la viruta, y reducen la posibilidad de volver a cortar las virutas hasta en los agujeros más profundos. Los sistemas de fijación más seguros mantienen la plaquita en posición y eliminan las microvibraciones asociadas con el movimiento de la plaquita en el asiento.

Hace unos tres años, Iscar lanzó el tratamiento postrecubrimiento SUMO-TEC, diseñado para hacer el recubrimiento de la plaquita más suave y uniforme, por lo que amortigua los tres enemigos principales de la duración de la plaquita: fricción, calor y agentes que generan tensiones. En aquel momento, esta tecnología sólo estaba disponible para una limitada selección de plaquitas de fresado y torneado. La experiencia ha demostrado que el tratamiento SUMO-TEC mejora la eficiencia una media del 35%, teniendo en cuenta el rendimiento y la duración del filo de corte. Desde entonces, Iscar ha ampliado regularmente la capacidad del tratamiento y lo ha extendido a una más amplia gama de plaquitas, incluidas las de menor tamaño, necesarias para implantes y prótesis. Hoy en día más del 40% de las plaquitas Iscarde metal duro están disponibles con recubrimiento SUMO-TEC como estándar.

A continuación analizaremos detalladamente las calidades de metal duro que están mejorando el torneado de componentes utilizados en la industria médica a nivel mundial.

Calidad IC 807, calidad submicron con recubrimiento TiAN PVD y tratamiento SUMO TEC. Es adecuada para mecanizado a velocidad media en aceros inoxidables austeníticos, aleaciones resistentes al calor y aceros templados. Gracias al tratamiento postrecubrimiento SUMO TEC, ofrece una excelente resistencia al recrecimiento del filo en aceros.

Calidad IC 808, sustrato duro con el mismo recubrimiento y tratamiento que la Calidad IC807. Ofrece una elevada resistencia al desgaste y al astillamiento en una amplia gama de materiales, también en aplicaciones de corte interrumpido.

Calidad IC 328, extratenaz con recubrimiento TiCN, y la nueva calidad IC830 con tratamiento SUMO TEC, son excelentes en aplicaciones de fresado, tronzado, ranurado y torneado, en aceros inoxidables simples y aleados.

Calidad IC 928, adecuada para aplicaciones de desbaste pesado y corte interrumpido, en todos los metales utilizados en implantes. Sustrato tenaz con recubrimiento PVD TiAlN.

La selección del rompevirutas correcto puede significar una gran diferencia en piezas pequeñas de materiales difíciles de mecanizar. Iscar dispone de los siguientes rompevirutas:

• Para torneado general y buen acabado superficial de todos los metales, incluido el aluminio, el rompevirutas tipo AS es el idóneo por los filos de corte vivos, desprendimiento pulido muy positivo.
• Para aplicaciones más difíciles, como tronzado y ranurado, tubos de paredes delgadas de materiales blandos y elásticos, es necesario utilizar rompevirutas más agresivos, como los tipos J, JS y JT. Sus filos de corte son más vivos y el desprendimiento es muy elevado para un mejor control de viruta

Para el roscado de piezas esbeltas se puede aplicar un proceso multiherramienta que no la deforma, este proceso se denomina torbellino. Las múltiples herramientas, separadas simétricamente, equilibran las fuerzas de corte de una manera que una sola herramienta no podría.

Ahora Iscar ofrece plaquitas específicas para este proceso (ver fig. 2). Se utilizan con gran éxito en el roscado por torbellino de tornillos de titanio para huesos.

En el torneado interior, la evacuación y el control de viruta siempre han sido un problema, especialmente en materiales elásticos que forman virutas largas. La línea completa de herramientas Mincut de Iscar para ranurado solucionan estos problemas, gracias a su refrigeración interna. Los portaherramientas disponen de un sistema de fijación muy rígido que prolonga la duración del filo de corte y mejora el proceso.

Están disponibles para diámetros de hasta 8 mm, son muy seguros para aplicaciones de ranurado, desahogos y mecanizado de canales en agujeros muy profundos. Las herramientas MIincut también pueden realizar operaciones de ranurado frontal con profundidades de hasta 5.5 mm.

Se han desarrollado mejoras similares en el campo de fresado de implantes. Recientemente se mecanizó una prótesis de rodilla de cromo cobalto con una fresa especial de Iscar de 8 labios, dando como resultado una reducción del ciclo de mecanizado de más del 40%.

Está claro que el mecanizado de componentes destinados a la industria médica es un sector en crecimiento con un gran futuro. Como ocurre con otros sectores productivos, la demanda seguirá creciendo, igual que la competitividad. La óptima selección de unas herramientas avanzadas, ahora ampliamente disponibles en los pequeños tamaños requeridos, puede suponer una gran diferencia en eficiencia y rentabilidad.

Las soluciones de última tecnología de mecanizado y productos innovadores que ofrece Iscar aumentarán su productividad y rentabilidad, garantizándole una posición altamente competitiva en el mecanizado de piezas para la industria médica.