Обработка материалов для медицинской промышленности на токарных и фрезерных станках с ЧПУ. Примеры производства Часть 4

Травматологические винты и пластины

Кроме позвоночных и стоматологических, существует большая категория травматологических имплантатов – пластин и винтов для остеосинтеза (скрепления костей при переломах), а также эндомедуллярных штифтов (стержней, вставляемых внутрь кости). Их особенности производства во многом схожи с описанными выше, поэтому рассмотрим их кратко.

Костные пластины для остеосинтеза 

Например, пластины на плечевую кость, бедренную или для мелких костей кисти обычно изготавливают из титана или нержавеющей стали. Заготовки могут быть получены ковкой или фрезероваться из толстого листа. На фрезерном станке вырезается контур пластины, просверливаются отверстия под винты (часто с резьбой или конические для винтов с угловой стабильностью). Если пластина анатомической изогнутой формы, используется 5-осевая обработка, чтобы прорезать все отверстия под нужным углом и контурно обработать поверхность. Некоторые пластины требуют дополнительной гибки – это делают либо вручную по кондукторам, либо в автоматизированных гибочных прессах. Но всё чаще сложные формы достигаются сразу при обработке из цельного куска на многоосевом станке (особенно для пластин со сложной 3D-геометрией, например, для таза или позвоночно-реберных фиксаторов). ЧПУ-гравировка наносит на пластины маркировку и серийные номера – это важно для отслеживания (трассируемости) имплантатов по требованиям регуляторов.

Винты для остеосинтеза 

Схожи с уже упомянутыми костными винтами. Существуют кортикальные винты (тоньше, для плотной кортикальной кости) и спонгиозные (с более крупной резьбой для губчатой кости). Их делают на токарных станках с ЧПУ, технология аналогична: точение, сверление, нарезание резьбы, прорезка головки. Материал – часто нержавеющая сталь 316L (традиционно в травматологии) или титановые сплавы. Интересно, что даже такие, казалось бы, простые изделия выигрывают от прогресса инструментов: в одном из интервью инженер отметил, что применение специальных сменных пластин для труднообрабатываемых материалов значительно повысило стойкость при точении титановых винтов и улучшило шероховатость поверхности. Это важно, поскольку гладкая поверхность винта меньше ослабляется надрезами и, соответственно, прочнее, а долговечность инструмента позволила стабильно выдерживать размеры резьбы без частого брака. При производстве тысяч винтов это дает большую экономию.

Эндомедуллярные штифты 

Стержни для внутренней фиксации, например, внутри бедренной кости) – длинные цилиндры с отверстиями под болты. Их делают из нержавеющей стали или титана на больших токарных центрах: протачивают стержень длиной до 30 см, сверлят поперечные отверстия (здесь используют высокоточную индексируемую шпиндельную бабку или 4-осевой станок). Поперечные отверстия должны точно совпасть с отверстиями в кости при установке, поэтому точность их расположения критична (±0,1 мм). ЧПУ обеспечивает необходимое позиционирование. Резьбы внутри концов штифта нарезают метчиками. Эти изделия требуют и последующей термообработки (закалки, отпуска для стали) и полировки, но роль механической обработки в формировании геометрии – основная.

Примером предприятия, изготавливающего травматологические винты и пластины, может служить швейцарская компания Mediliant. Имея штат всего около 50 человек, она производит порядка 500 000 имплантатов в год – это, главным образом, титановые винты, пластины, штифты и гильзы, а также изделия из нержавеющей стали и кобальтохрома. Такой объем достигается за счет высокой автоматизации: парк современных токарных автоматов и фрезерных центров работает практически безостановочно, а надежность инструмента крайне важна. В сотрудничестве с производителем режущего инструмента этой компании удалось в три раза повысить срок службы концевой фрезы при фрезеровании титановых пластин, снизив тем самым простои на смену инструмента и повысив выход годной продукции. Кроме того, были решены проблемы со стойкостью токарных пластин при низкоскоростном точении титановых винтов: специальные пластины для трудных материалов исключили повреждение режущей кромки от стружки и обеспечили стабильную шероховатость поверхности. Эти улучшения показывают, насколько важны тонкости режима резания и инструмента в травматологическом производстве. Даже небольшой винт требует научно обоснованного подхода, чтобы его резьба была прочной, а головка точно садилась в пластину.

В итоге, токарно-фрезерная обработка с ЧПУ охватывает весь спектр травматологических изделий – от крошечных винтиков для пальцевых костей до крупных стержней. Обеспечение биомеханической надежности этих деталей начинается с точного соблюдения геометрии и качества поверхности, достижимого лишь на современном оборудовании.