Peças de substituição – Uma substituição de joelho total geralmente consiste em três componentes básicos: um elemento de metal contornado (cromo-cobalto ou titânio) chamado de “componente femoral”, acoplado do joelho ao fêmur. Um componente metálico chamado de bandeja tibial é afixado à parte superior da tíbia, no segmento inferior da perna, e consiste em um eixo curto, ou quilha, que possui uma superfície plana com bordas elevadas. Um inserto de suporte plástico entre as peças metálicas permite o movimento da articulação.
Da mesma forma, uma substituição de quadril possui três partes principais: uma haste femoral metálica com um componente femoral (ou cabeça) inserido na parte superior do fêmur (extremidade do quadril). Um componente acetabular (ou soquete) na pelve recebe a esfera na parte superior do fêmur. Normalmente, o novo inserto de esfera no joelho e o componente acetabular plástico no quadril são usinados em UHMWPE (polietileno com peso molecular ultra-alto).
Combinação de métodos de fabricação – Os componentes de liga metálica dos implantes ortopédicos devem possuir excelentes acabamentos da superfície para minimizar o desgaste das peças de plástico e permitir que a articulação funcione pela sua vida útil estimada de 20 anos ou mais. Na substituição de joelho, por exemplo, tanto o componente femoral quanto a bandeja tibial devem ser absolutamente lisos para proteger o inserto de suporte plástico contra o desgaste.
Dessa forma, a fabricação de componentes ortopédicos normalmente exige que as operações de retificação ocorram depois do processo de fresamento para obter um acabamento suficientemente fino. A retificação, no entanto, é demorada e tem impacto sobre a eficiência e a flexibilidade da fabricação. É importante lembrar também que a retificação gera altas temperaturas e tensão nos componentes aparados, levando a erros dimensionais do componente e afetando a força e o desempenho do produto.
A retificação pode ser auxiliada ou, em alguns casos, substituída pela aplicação de ferramentas de corte avançadas e estratégias de fresamento de alta velocidade. O objetivo das operações de fresamento é conseguir um perfil externo sem rebarbas e um melhor acabamento da superfície para oferecer a qualidade da superfície, a integridade e a precisão dimensional exatas necessárias. Caso seja feito um pós-tratamento, como polimento, o tempo da tarefa pode ser minimizado devido à rugosidade da superfície e à estrutura definidas obtidas no processo de fresamento. No que diz respeito às ferramentas, os objetivos paralelos são vida da ferramenta longa e confiável, e produtividade máxima.
Em uma aplicação representativa, um componente femoral fundido de cromo-cobalto recebeu acabamento usando uma fresa de topo de ponta esférica em uma fresadora de 5 eixos. Estratégias de fresamento em cópia de alta velocidade e uso de uma fresa de topo de alto desempenho permitiram eliminar a operação de retificação. O tempo de ciclo resultante de 11 minutos por peça representou redução de tempo de 50% em comparação com o método anterior. A mudança de retificação para fresagem da superfície do côndilo eliminou a geração de peças de refugo. As fresas de topo de metal duro empregadas apresentavam um revestimento de classe de metal duro e TiAlSiN polido duro e foram concebidas para proporcionar altas taxas de remoção e ação de corte suave para atingir qualidade de acabamento superior e minimizar o tempo de polimento.
Operações múltiplas – Os contornos complexos dos componentes muitas vezes exigem o uso de sequências específicas de ferramentas especializadas. A bandeja tibial, por exemplo, pode exigir até sete operações de usinagem diferentes. Essas operações podem incluir desbaste, desbaste da base da bandeja, acabamento da base da bandeja, fresamento de chanfros, usinagem de undercut de rasgos em T, acabamento/chanframento de parede e rebarbação de undercut. O desafio é conseguir melhores acabamentos da superfície com o mínimo de intervenção manual, bem como desempenho confiável da ferramenta com a melhor combinação de custo, produtividade e qualidade.
Tradicionalmente, realizar esses tipos de operações múltiplas exigia o uso de ferramentas especiais diferentes desenvolvidas para produzir cada contorno, dimensão e acabamento da superfície necessários. Ferramentas especiais exigem investimento em projeto, e em tempo e custo de desenvolvimento. Além disso, devido ao baixo volume de produção, pode haver tempo de entrega aumentado e restrições de disponibilidade.
Uma nova abordagem envolve o desenvolvimento e utilização de ferramentas padronizadas para uso produtivo nessas aplicações, mas retendo a flexibilidade que permite que sejam aplicadas a uma variedade de peças semelhantes no setor ortopédico.
CONCLUSÃO – As tendências econômicas e demográficas globais indicam crescimento forte da demanda por componentes ortopédicos sofisticados. Ao mesmo tempo, as preferências dos clientes e a determinação de fabricantes de peças médicas de se diferenciarem da concorrência estão se combinando para promover o desenvolvimento de componentes ortopédicos personalizados para atender aos requisitos de cada paciente. Surpreendentemente, uma especificidade variável de peças pode ser obtida com ferramentas menos especializadas, mais flexíveis e mais baratas que as ferramentas personalizadas aplicadas anteriormente para produzir as peças.
Ferramentas padronizadas – foto 5 – Alguns detalhes do projeto dos dispositivos ortopédicos diferem muito entre cada fabricante, mas os produtos também compartilham muitas características genéricas, simplesmente porque todos os corpos humanos são basicamente iguais. Embora tradicionalmente os fabricantes tenham usinado as peças com ferramentas personalizadas, há um amplo e produtivo meio termo para ferramentas que possam usinar com eficiência características genéricas em vários materiais, o que anteriormente exigia o uso de um pacote completo de ferramentas personalizadas.
A Seco Tools tem analisado atentamente os processos de fabricação de componentes médicos e empregado mais de uma década de experiência em usinagem de peças médicas para desenvolver uma gama de fresas de topo padronizadas para usinagem de componentes ortopédicos em cromo-cobalto. O objetivo foi converter as soluções de ferramentas especializadas em uma linha padronizada mais flexível. As ferramentas oferecem características de desempenho que permitem a aplicação em ampla variedade de peças e materiais.
A padronização das ferramentas oferece muitos benefícios. Um tempo significativo é economizado eliminando o projeto, a prototipagem e o teste de ferramentas personalizadas. Como as ferramentas são padronizadas, estão presentes em catálogo e disponíveis em nossos distribuidores. Elas também são produzidas em alto volume, o que reduz o custo por ferramenta.
A nova linha de ferramentas inclui nove diferentes geometrias e um total de 39 itens. A seleção relativamente pequena é ampliada com tamanhos, raios e dimensões diferentes. As ferramentas são projetadas para produzir características específicas comuns a uma grande variedade de componentes ortopédicos, incluindo peças para joelho e quadril, mas também se aplicam a placas ósseas, peças para coluna e outros componentes. Cada uma das nove geometrias tem uma função ou área de aplicação específica. Os focos individuais variam de desbaste e acabamento, ao undercut de rasgo em T, à produção de acabamentos finos em peças com contornos complexos.
A fresa de topo JH770, por exemplo, foi projetada para operações de desbaste e está disponível em 4, 5 e 6 canais, permitindo variações da ferramenta para operações de bruto a sólido ou de formato próximo do perfil final. A ferramenta oferece comprimento geral curto para maximizar a rigidez durante a remoção de metal pesado. A JH780 também faz parte da oferta padronizada, sendo uma ponta esférica cônica (TBN) de 4 canais para acabamento de 5 eixos para detalhes de componentes precisos, como a característica de encapsulamento de um côndilo femoral. As ferramentas standard são fabricadas em classe de metal duro com 12% Co, comm revestimento polido TiAlSiN HXT, desenvolvido pela Seco Tools.
(*) Jan-Willem van Iperen, engenheiro de aplicações médicas, e Ruud Zanders, gerente de produtos da Jabro, são integrantes da equipe de desenvolvimento da Seco Tools
