Обработка материалов для медицинской промышленности на токарных и фрезерных станках с ЧПУ. Примеры производства Часть 3

Стоматологические импланты и протезы

Стоматология – одна из первых медицинских областей, где широко внедрилось ЧПУ благодаря потребности в мелких прецизионных деталях. К таким деталям относятся зубные имплантаты (винтовые титансодержащие штифты, вкручиваемые в челюсть), абатменты – переходные элементы между имплантатом и коронкой, а также сами коронки, мосты, ортодонтические аппараты.

Зубные имплантаты 

По конструкции напоминают маленькие костные винты: обычно это цилиндры диаметром ~3-5 мм и длиной 8-15 мм, с наружной резьбой и внутренним посадочным шестигранником. Изготавливают их из коммерчески чистого титана (Grade 4) или из сплава Ti-6Al-4V, поскольку он биосовместим и прочен. Производство имплантов полностью базируется на ЧПУ токарной обработке: на высокоточном токарном автомате пруток титана поочередно проходит операции точения, нарезания резьбы (чаще метчиком, хотя некоторые фирмы применяют и вихревое нарезание для скорости) и фрезерования внутреннего шестигранника или другого профиля под ключ. Затем имплант обрезается от прутка. Важнейшее требование – точность профиля резьбы и размеров интерфейса (внутреннего разъема), так как от этого зависит герметичность и прочность соединения с абатментом. Типичные допуски – порядка ±5 мкм на критических диаметрах, поэтому станки используют прецизионные оправки, а инструмент регулярно калибруется. После механической обработки поверхность имплантата обычно подвергают пескоструйной обработке и травлению кислотой для образования шероховатости (это улучшает остеоинтеграцию). Но участки резьбы и разъема остаются такими, какими их оставил станок, поэтому их чистота очень важна. Современные инструменты позволяют вытачивать импланты сериями с минимальным разбросом – и это одна из причин, почему сейчас имплантология стала массовой: тысячи одинаковых имплантов могут быть изготовлены с микронной повторяемостью, обеспечивая стандартизированное протезирование.

Абатменты 

Индивидуальные или стандартные – представляют собой небольшие детали сложной формы, которые крепятся в имплантат и служат основой для коронки. Их делают из титана, кобальтохрома или циркониевой керамики. Металлические абатменты все чаще изготавливают на 5-координатных фрезерных станках по CAD/CAM. Стоматолог или зубной техник моделирует форму абатмента на компьютере (исходя из положения импланта в кости и формы будущего зуба), после чего модель отправляется на фрезер. Специальные заготовки – обычно цилиндрические, с уже готовым базовым интерфейсом имплантата, – устанавливаются в станок, и фреза вытачивает индивидуальный абатмент. Такой подход обеспечивает отличное прилегание и нужный профиль. Размеры абатмента невелики, часто требуется обработка тончайших деталей (например, сформировать край толщиной в доли миллиметра, чтобы он лег под десну). Поэтому используются микрофрезы диаметром 0,5-1 мм, высокие обороты (до 60k об/мин) и очень плавные траектории, чтобы не откалывать хрупкие участки. Охлаждение – обычно воздухом или туманом, поскольку объем снимаемого металла невелик, а контакт с жидкостью может не понадобиться. Готовые титановые абатменты полируют в критических местах, но в целом они готовы к установке сразу со станка. Керамические абатменты (из диоксида циркония) фрезеруются из пресинтерованных блоков на тех же станках, а затем спекаются – этот цифровой метод фактически вытеснил старое литье и штамповку в стоматологии.

Коронки и протезы зубов

Еще одна область применения ЧПУ. Металлокерамические коронки традиционно изготавливались литьем каркаса из Co-Cr или золота и облицовкой керамикой. Сейчас все больше применяются безметалловые коронки из циркония или литиевого дисиликата, и их создают методами CAD/CAM. Стоматологические фрезерные системы (например, Cerec, AmannGirrbach и др.) за считанные часы могут выфрезеровать коронку или мост из керамической заготовки по 3D-модели, снятой со слепка или цифрового скана зубов. Обычно используются компактные 4-осевые станки с водяным охлаждением и набором алмазных боров диаметром 0,5-2 мм. Они с высокой точностью (порядка 10-20 мкм) вытачивают все поверхности коронки, включая тонкие края. После этого коронка синтеруется (если это цирконий) и покрывается глазурью. Подобные системы впечатляют тем, что позволяют выполнять индивидуальные протезы в один день, фактически прямо в клинике, а точность посадки на зуб (культи) настолько высока, что зачастую не требуется длительной подгонки. Это стало возможным только благодаря соединению 3D-дизайна и ЧПУ-обработки.

Также CNC используется для изготовления ортодонтических аппаратов (винтов, крючков), хирургических шаблонов (направляющих для сверления в кости под импланты) и даже инструментов (кусачек, щипцов) – последние, правда, больше относятся к категории инструментов, но принципы те же: нержавеющая сталь, точное фрезерование и шлифовка сопрягаемых частей.

Следует отметить, что стоматологическое производство характеризуется большим числом мелких партий и индивидуальных изделий, поэтому именно здесь особенно востребованы гибкость и быстрота переналадки ЧПУ-станков. По словам экспертов, эффективность в зуботехническом производстве важнее массовости – лучше инструмент, который надежно работает и не требует длительной наладки, чем инструмент, дающий выигрыш в скорости резания, но требующий частой замены Благодаря высоким технологиям сейчас зуботехнические лаборатории способны зарабатывать сотни долларов в час, обрабатывая стоматологические детали, и ценят инструмент, который выдерживает не 100, а 500 деталей до замены. Современные фрезеры и токарные центры премиум-класса обеспечивают такой уровень надежности, одновременно позволяя достигать микронной точности (что нужно, например, для телескопических протезов с люфтом в несколько микрон). Таким образом, ЧПУ стало краеугольным камнем цифровой стоматологии, гарантирующим и качество, и скорость.