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Enero de 2019 Página 1 de 3

Nuevas estrategias para el mecanizado de piezas ortopédicas

Jan-Willem van Iperen y Ruud Zanders

La fabricación de prótesis demanda nuevos materiales y operaciones de maquinado especiales. Son pocas las empresas especializadas y muchas las que intentan insertarse.

Una de las áreas de desarrollo más importantes para la industria metalmecánica es la manufactura de dispositivos médicos. De este amplio campo de posibilidades se desprende la fabricación de prótesis humanas que demanda nuevos materiales y operaciones de maquinado muy especiales. Son pocas las empresas especializadas en este nicho y muchas las que están intentando insertarse, lo que hace de este un sector con un alto potencial. Les presentamos algunas de las particularidades técnicas requeridas para hacer parte de esta cadena de producción.

 

Existen diversos factores que impulsan una creciente demanda de prótesis y dispositivos de reparación ortopédicos. Las piezas médicas incluyen articulaciones artificiales, así como placas, varillas y pasadores que se utilizan para reparar o reforzar zonas del cuerpo después de haber sufrido un accidente o padecido una enfermedad.

El grupo de consultoría Global Market Insights predice que el mercado global de dispositivos ortopédicos crecerá hasta alcanzar los 50.000 millones de euros en 2024.

La demanda de piezas se está expandiendo a medida que se va alargando el período vital y que el envejecimiento deriva en artritis y osteoporosis. Las tendencias mundiales hacia un mayor peso corporal y la obesidad hacen que las articulaciones óseas se deformen. Los cambiantes estilos de vida —que van de una falta de actividad física para algunos a una mayor participación en deportes para otros— aumenta la demanda de energía de partes del cuerpo renovadas. El crecimiento de las economías emergentes está permitiendo que un mayor número de personas cuente con los recursos para comprar dispositivos ortopédicos.

La competencia impulsa el desarrollo de herramientas

Ante una competencia tan intensa, los fabricantes de dispositivos buscan continuamente maneras de conseguir que la manufactura de piezas sea más rápida y rentable. Al aplicar nuevos materiales, los implantes son más robustos y ligeros, y pueden funcionar en el cuerpo humano hasta 25 años. Además, los dispositivos ortopédicos forman parte de la tendencia general de los bienes de consumo hacia la personalización; los fabricantes de dispositivos médicos buscan maneras de personalizar sus productos para la fisonomía de cada paciente y otras preferencias.

El 85 % del mercado de piezas ortopédicas altamente competitivas se atribuye a unos cinco proveedores principales, y más de 200 empresas compiten por el resto.

La diversidad de productos se ha convertido en una ventaja competitiva clave. Como resultado, los fabricantes de herramientas de mecanizado se encuentran bajo presión para desarrollar rápidamente distintas maneras de maquinar formas complejas, y se están centrando en la velocidad y flexibilidad de las tecnologías de las herramientas de corte. Las iniciativas tecnológicas de fabricación incluyen impresiones 3D y tecnologías de refrigeración avanzadas para operaciones de mecanizado.

Los dispositivos ortopédicos incluyen prótesis de cadera y rodilla, articulaciones artificiales de codo y tobillo, instrumentos de reparación de traumatismos, placas para los huesos de la columna vertebral y diversos pasadores, varillas y fijaciones de reparación. La reconstrucción articular representa más del 40 % del mercado, la mayoría en prótesis de cadera y rodilla. Los requisitos clave de estas piezas son la resistencia, fiabilidad, peso ligero y biocompatibilidad.

Desafíos del mecanizado

Las piezas ortopédicas se mecanizan habitualmente a partir de barras y piezas fundidas o forjadas, que después se rectifican y se pulen. Para los implantes de cadera y rodilla, el material a mecanizar más común es la aleación de cobalto-cromo, aunque el uso del titanio va en aumento. Una aleación típica de cobalto-cromo es parecida a CoCr28Mo6, y la aleación de titanio Ti6Al4V es la más común.

Ambos materiales son biocompatibles, muy robustos y rígidos, lo que los hace excelentes para su aplicación en piezas ortopédicas; sin embargo, esas mismas propiedades también hacen que las aleaciones sean difíciles de mecanizar. El cobalto-cromo es duro y abrasivo, tiene una gran elasticidad y conduce el calor de manera deficiente. Las aleaciones pueden contener elementos duros y abrasivos que causan un desgaste de herramienta muy abrasivo, y las virutas producidas son tenaces y continuas, lo que requiere una atención especial a geometrías de filo de corte para el control de virutas.

El titanio es muy ligero y robusto. También se templa por medios mecánicos cuando se mecaniza y es un conductor de calor deficiente. El calor se concentra en el filo de corte. La combinación de altas temperaturas, altas fuerzas de corte y fricción del conducto de la viruta provoca craterización y fallos en la herramienta. El bajo módulo de elasticidad del material —una ventaja en algunas aplicaciones de implantes— hace que el material retroceda desde el filo de corte, lo cual exige una gran atención a la arista viva de la herramienta de corte.


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