Medikal Sektör için birleşik uzmanlık

Yeni senkronize işleme süreçleri ile birlikte fonksiyonel olarak entegre edilmiş implantlar – ZykloMed

Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı (BMBF) tarafından finanse edilen ortak proje ile katılımcılar; INDEX, Paul Horn GmbH, Beutter Präzisions-Komponenten GmbH ve Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'ndeki (KIT) wbk Üretim Mühendisliği Enstitüsü, Medikal sektöründeki uzmanlıklarını ortaya koyuyor. Ortaklar, yeni ve modern üretim süreçlerini kullanarak, çok işlevli ve yuvarlak olmayan biyonik tasarımlara sahip implantların ekonomik şekilde işlenmesine yönelik zorlukların üstesinden geldi. Odak noktası, eksantrik tornalama, poligon tornalama ve whirling ile tornalama olmak üzere üç üretim süreciydi.

Ortopedi, travmatoloji ve diş teknolojisine yönelik modern tıbbi implantlar, dayanıklılık, biyouyumluluk ve biyonik olarak optimize edilmiş geometriye yönelik titiz taleplerle karakterize edilir. Bir implantın geometrisi kemiğe ve dokuya uyarlanır. Bu süreçte, implantların işlevsel yüzeylerine, vücuda tutunmalarını kolaylaştırmak ve hasta için daha az invaziv hale getirmek için giderek daha sofistike bir tasarım verilmektedir. Yeni implant tasarımları, yüzeyler artık dairesel veya kare olmadığı için üretim maliyetlerini arttırmaktadır. Daha kavisli yüzeylere ve çok küçük bir alanda sürekli geçişlere sahip işlevsel unsurlara sahiptirler. Özellikle, farklı makinelerde birkaç üretim adımına ihtiyaç duyulması maliyetlerin önemli ölçüde artmasına neden olmaktadır. Örneğin, bir iş parçasının tam olarak yeniden bağlanması için hassas kullanım, önemli bir maliyet faktörünü temsil eder. Bu nedenle, yüksek düzeyde işlevsel entegrasyona rağmen, ekonomik üretim için verimli bir süreç izlenmesine ihtiyaç vardır.

Yenilikçi Süreçler

Yeni üretim proseslerinin tümü; eksantrik tornalama, poligon tornalama ve whirling ile tornalama, çoklu senkronize dönen eksenlerin aynı kinematik prensibine dayanmaktadır. Bu prensip iyi bilinmesine rağmen dairesel olmayan ve kavisli şekillere uygulanması oldukça zordur. Aynı zamanda pratik uygulama, medikal endüstrisinin yüksek kalite gereksinimlerini karşılamalıdır.

Proje ortakları, makineler ve kontrol teknolojisinden takım tasarımına, prototip ve seri ön seri üretime kadar tüm süreç ve tedarik zinciri boyunca yeni üretim prosedürlerini araştırmış ve geliştirmiştir. Üretim süreçleri, takım ve makine gereksinimlerini belirlemek için aynı matematiksel ilkelerle bilinen yöntemlere dayalı olarak simüle edilmiş ve tasarlanmıştır. Testler, laboratuvar koşullarında denklik testleri ile laboratuvar ve uygulamaya yakın ortamlarda seri öncesi testler olarak ikiye ayrılmıştır. Mühendisler, özgün süreçlerin geliştirilmesi ve tasarımı için hem makine hem de takım teknolojisine odaklanmıştır.

Eksantrik tornalamada, dairesel olmayan dönen bir takım, konumsal bağlantı altında dönen bir iş parçası boyunca yönlendirilir. Hızlar birbirleriyle belli bir orana getirilir. Böylece yuvarlak olmayan şekil, parça üzerinde belirli sınırlar içinde yeniden üretilir. İşlem, eksantrik dış konturların son derece verimli bir şekilde üretilmesini sağlar. Takımın dönüşü, kesme kenardaki termal yükü azaltır ve bu da takım ömrünün uzamasını sağlar. İşlem aynı zamanda konik profillerin üretilmesini de sağlar.

Poligon tornalama, hipotrokoid şeklinde dairesel olmayan dış ve iç konturlar üretme işlemidir. Döner eksantrik tornalama gibi, bu işlemde torna tezgahlarında dairesel olmayan konturlar üretme imkanı sunar. Bu süreçte, iş parçasının ve takımın paralel eksenleri, eksenel bir mesafe ile birbirinden kaydırılır ve konumsal bağlantı altında belirli bir hız oranına getirilir. Eksenel mesafe, iş parçasının takıma olan hız oranı ve kesici uçların kesme çapı, konturun boyutunu tanımlar. Poligon tornalama takım sistemi, üretilecek iş parçasının konturuna özel olarak uyarlanmaktadır.

Whirling ile tornalama, kemik vidaları için diş üretmek açısından oldukça verimli bir süreçtir. Bir veya iki dairesel freze, iş parçasına belirli bir açıda ayarlanır. Kesicilerin ve iş parçasının dönüş yönleri aynı veya zıt olabilir. İş parçasının iki kesiciye olan hız oranı, diş sayısına ve kesici uçların sayısına bağlıdır. Whirling ile tornalama ilk kez, diş profilini dinamik olarak değiştirerek gerçek değişken hatveli dişleri ekonomik olarak üretmek için de kullanılabilir.

Seri üretim için yapılan testler başarıya yakın

Seriye üretim için uygun koşullarda yapılan başarılı testlerle, (ZykloMed projesinin ortakları, seriye yakın üretim ortamındaki başarılı testlerle, araştırma projesinin hedefi olan çok işlevli ve yuvarlak olmayan biyonik tasarımlı implantların ekonomik üretimine büyük bir adım daha yaklaştı. Mühendisler, senkronize üretim süreçlerinin modern implantların ekonomik üretimini mümkün kıldığını kanıtladı. Süreçler, yeni parça geometrilerinin üretimine ek olarak, mevcut implantların ekonomik üretimi için optimizasyon potansiyeli ve medikal endüstrisinin ötesindeki olası uygulamalar da sunuyor.