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Enero de 2019 Página 2 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.

Se requiere refrigerante

El mecanizado de los materiales utilizados en los implantes ortopédicos suele generar un calor excesivo, por lo que se requiere el uso de refrigerante; sin embargo, en muchos casos, el uso de refrigerantes tradicionales está prohibido o muy limitado para evitar la contaminación de las piezas. De lo contrario, los procesos de limpieza necesarios después del mecanizado consumen tiempo y dinero. Además, el propio refrigerante supone problemas ambientales con respecto a las políticas de salud y seguridad de los empleados, y de eliminación del producto. Una tecnología de refrigerante alternativa implica el uso de tecnología de corte en seco de dióxido con carbono, supercritical Co2 (scCo2). Este supercritical Co2 actúa como vehículo para proporcionar una lubricación seca y mejorada a una zona de corte.

El proceso, desarrollado por Fusion Coolant Systems, permite mecanizar piezas sin aceites, emulsiones o materiales sintéticos. Cuando el dióxido de carbono se presuriza por encima de 74 bares (1070 psi) y 31 °C, se convierte en un fluido supercrítico. En este estado, se llena un recipiente como un gas, pero con una densidad similar a la de un líquido. Cuando se entrega en la zona de corte, el scCO2 se expande para formar hielo seco, aunque no crea una sustancia criogénica como el nitrógeno líquido. El resultado final es una solución de refrigerante increíblemente eficaz que a menudo supera el rendimiento de los sistemas existentes que incorporan agua/aceite a alta presión, la lubricación con cantidades mínimas (MQL por su abreviatura en inglés), CO2 líquido y nitrógeno líquido.

Piezas impresas en 3D

Otra tecnología de fabricación no tradicional está viendo cómo aumenta su aplicación en la producción de dispositivos ortopédicos.

El proceso de impresión 3D utiliza polvos de aleación de titanio y cobalto-cromo para generar piezas complejas de forma casi final.

En el sector médico, el método de fusión por láser selectiva (SLM) funde los polvos para crear las piezas capa por capa. El proceso permite a los fabricantes médicos crear contornos y dimensiones de piezas especiales adaptadas a cada paciente.

El proceso también puede producir superficies uniformes con microporos que aceleran la unión entre la pieza y el hueso. Para el mecanizado en acabado, las piezas producidas mediante impresión 3D mantienen la mayoría de las características de mecanizado de los metales que las componen; sin embargo, es posible que las piezas tengan que recibir tratamientos posteriores a la impresión para aliviar las tensiones irregulares generadas durante el proceso. Además, después del mecanizado, la fijación puede suponer un desafío debido a las formas casi finales y a las formas complejas de las piezas.

Piezas de sustitución

Por lo general, una prótesis total de rodilla consta de tres componentes básicos: un elemento de metal contorneado (cobalto-cromo o titanio), denominado implante femoral, que va unido al extremo de la rodilla del fémur, el hueso largo de la parte superior de la pierna; una pieza metálica denominada platillo tibial que va fijada a la parte superior del hueso de la tibia de la parte inferior de la pierna y que consta de un eje corto o quilla que soporta una superficie plana con filos elevados; y un polietileno entre las piezas metálicas que permite el movimiento de la articulación.

Asimismo, una prótesis de cadera tiene tres piezas principales: un vástago femoral metálico coronado con una cabeza femoral insertada en la parte superior o extremo de la cadera del fémur; un cotillo/acetábular o conjunto de encaje metálico en la pelvis que ensambla la esfera; y la nueva plaquita de soporte de alinea en la rodilla y el cotillo de plástico en la cadera que habitualmente se mecanizan en UHMWPE (polietileno de ultra alto peso molecular).

Combinación de métodos de fabricación

Las piezas de aleación metálica de los implantes ortopédicos deben tener excelentes acabados superficiales para reducir al mínimo el desgaste de las piezas de plástico y permitir que la articulación funcione durante toda la vida útil, prevista de 20 años o más. En una prótesis de rodilla, por ejemplo, tanto el implante femoral como la bandeja tibial deben estar completamente rectificadas para proteger al polietileno del desgaste.

En consecuencia, la fabricación de piezas ortopédicas normalmente requiere que las operaciones de rectificado sigan el proceso de fresado para conseguir un acabado suficientemente preciso. El rectificado, sin embargo, consume mucho tiempo y tiene un impacto en la eficacia y flexibilidad de fabricación generales. El rectificado, igualmente importante, genera altas temperaturas y tensión en las piezas rectificadas, con los consiguientes errores dimensionales de las piezas, y afecta a la resistencia y el rendimiento del producto.

El cambio de rectificado a fresado de la superficie del cóndilo eliminó la generación de piezas defectuosas.

La aplicación de herramientas de corte de última generación y las estrategias de fresado de alta velocidad pueden soportar o, en algunos casos, reemplazar el rectificado. El objetivo de las operaciones de fresado es conseguir un perfil exterior sin rebabas y un acabado superficial superior, la integridad y la precisión dimensional exactas necesarias. Si se realiza un tratamiento posterior como el pulido, el tiempo para esa tarea se puede reducir al mínimo debido a la rugosidad superficial y a la estructura definida lograda durante el proceso de fresado. En cuanto a las herramientas, los objetivos paralelos son una vida útil de herramienta larga y fiable, así como la máxima productividad.


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