Productie van femorale bal lagers optimaliseren voor orthopedische excellentie

Na slijpen verbetert een honingoperatie de oppervlakte-afwerking voordat een finale buffing-operatie plaatsvindt. Een automatisch wielmeetproces helpt ervoor te zorgen dat elke honingoperatie begint vanaf de juiste instootpositie. Foto: ANCA

Medische industrie-experts schatten dat orthopedische heupoperaties met een rato van 5% per jaar zullen toenemen tot 2026. Dit is geen verrassing, gegeven de groeiende bejaarde bevolking over de hele wereld. Met deze trend zal een verhoogde vraag naar apparaten en componenten om deze procedures te ondersteunen alsook apparatuur om ze te produceren ontstaan. Een voorbeeld is het ANCA-machiningproces voor femorale bal-slijpen, gezamenlijk ontwikkeld met slijpsteenfabrikant Tyrolit. Dit proces levert naar verluidt kwaliteit en consistentie in de afgewerkte femorale bal, met gespecialiseerde machinebesturing en technologie op de ANCA MX7 Linear CNC-slijpmachine.

Effectieve prestatie van femorale ballen gebruikt in heupprothese-implantaten eist consistentie van rondheid, afmeting en oppervlakte-afwerking. Om dit te bereiken, heeft ANCA een proces ontwikkeld op zijn MX7 Linear-machine dat een reeks opeenvolgende slijp-, honing- en finale buffing-operaties in dezelfde werkomhulling toepast. Het resultaat is een oppervlakte-afwerking op de bal van minder dan 0,01-micron Ra en onderdeel-rondheid van minder dan 3 micron.

De eerste stap in het proces is het nauwkeurig slijpen van het initiële onderdeel tot afmeting. Met behulp van geplate CBN-slijpstenen wordt overmaat materiaal van het ruw-gedraaide onderdeel verwijderd. Deze operatie maakt upstream-processen eenvoudiger door de tolerantie-eisen voor het onderdeel tijdens slijpen te verlagen.

Vervolgens volgt een reeks fijne honing-processen die incrementele verbetering in de oppervlakte-afwerking produceren. Applicatie-ingenieurs van ANCA en Tyrolit combineerden om een proces te ontwikkelen dat stabiele productieresultaten op de femorale bal levert.

Hoewel Tyrolit-wielen specifiek ontwikkeld zijn voor femorale bal-toepassingen, treedt slijtage natuurlijk op tijdens het productieproces. Volgens ANCA was het goed gepositioneerd om deze uitdaging aan te gaan aangezien het de ontwerper en fabrikant is van zijn eigen LinX-lineaire motoren alsook de CNC- en servodrijfsysteem die de machine en slijpsteenbeweging besturen. ANCA-systeemingenieurs ontwikkelden een nieuw controle-algoritme voor deze toepassing dat een operator in staat stelt de gewenste krachten die door het honingwiel op de femorale bal toegepast worden, te programmeren. Met deze geprogrammeerde kracht voedt het wiel in de bal met een constante snelheid in terwijl het verslijdt. De drie verschillende Tyrolit-wielen die gebruikt worden, kunnen met hun eigen unieke slijpkracht-parameter geprogrammeerd worden om een spiegel-oppervlakte-afwerking en consistente onderdeelafmetingstolerantie te bereiken.

Een finale buffing-operatie levert een spiegel-afwerking op de werkoppervlakte van de femorale bal. Foto: ANCA

Daarnaast werd een automatisch wielmeetproces ontwikkeld om ervoor te zorgen dat elke honingoperatie begint vanaf de juiste instootpositie. Dit levert naar verluidt procesconsistentie ongeacht de wielslijtage na elke honingoperatie.

Een finale buffing-operatie is de laatste stap, die een spiegel-afwerking creëert op de werkoppervlakte van de bal. Dit is cruciaal om ervoor te zorgen dat mechanische wrijving en slijtage in de finale heupimplantaat geminimaliseerd worden.

De oppervlakte-afwerking van afgewerkte ballen is minder dan 0,01-micron Ra. Foto: ANCA

De ANCA MX7 Linear heeft een zes-wiel-pakketwisselaar die alle slijp-, honing- en buffing-operaties in één opstelling mogelijk maakt. Daarnaast kan de tooling gebruikt voor femorale bal-productie eenvoudig gewijzigd worden voor snijgereedschapproductietoepassingen. Als resultaat hoeven fabrikanten in plaats van een toegewijde machine voor femorale bal-productie aan te schaffen, hun machine voor andere CNC-slijptoepassingen te gebruiken die hun markt en bedrijfsmodel complementeren. Bijvoorbeeld, slijpen van chirurgische rotatiesnijders, boortjes en reamers alsook femorale heup-raspen zijn allemaal mogelijk op dezelfde MX7 Linear-machine.