Medicinski vsadki

Skoraj vsi večji proizvajalci medicinskih vsadkov v več smereh aktivno preiskujejo smotrnost proizvodnje različnih običajnih vsadkov iz keramičnih materialov. Keramika je popoln material za izdelavo vsadkov, saj je močnejši, bolj odporen na obrabo, je veliko bolj gladek in biološko združljiv material v primerjavi s kovinami in polimeri. Ob vsem naštetem, pa ima tudi eno pomanjkljivost – možnost strojne obdelave.

X-ray kneecaps.jpg

Ob sami omembi keramike si večina ljudi predstavlja krožnike ali skodelice za kavo, ki se pri padcu na trdo površino z lahkoto razbijejo. To seveda ne velja za industrijsko in medicinsko. Ti sta veliko trši, gostejši in zaradi tega nista tako krhki in, na žalost tudi, enostavni za obdelavo s konvencionalnimi metodami. Prava rešitev je obdelava z laserskimi žarki.

Trenutno je v proizvodnji samo zelo ozek nabor keramičnih vsadkov. Njihova oblika je izjemno enostavna, saj so izdelani z brusilnimi stroji z diamantnimi kolesci, ki so zelo omejeni pri izdelavi kontur, žepov ter ostalih zahtevnih delnih oblik. Poleg tega je postopek brušenjaizjemno počasen, zaradi česar je proizvodnja, in s tem tudi izdelki, izjemno draga. Zaradi tega se za keramične vsadke odloči precej manj ljudi kot za kovinske.

Danes je večina vsadkov izdelanih iz titana, zlitin kroma in kobalta ali nerjavnega jekla. Najobičajnejši so vsadki za koleno in kolk, vendar so pogosti tudi femoralni, artikularni in tibialni deli.

Povprečna življenjska doba kovinskih vsadkov je odvisna od uporabe. Aktivnejši kot je uporabnik vsadka, hitreje se vsadek obrabi. V nekaterih primerih je to lahko samo 10 let, morda 25 let za pasivnejše uporabnike. To pomeni, da bo mlajšim prejemnikom kovinskih vsadkov treba med življenjsko dobo uporabnika vsadek najverjetneje zamenjati še enkrat ali dvakrat. Pri tem je treba poudariti še bolečo in obsežno rehabilitacijo po ortopedskih operacijah, na primer zamenjavah v predelu kolena in kolka.

V nasprotju s tem pomislite na keramične vsadke, katerih življenjska doba je v povprečju 75 let – praktično celotno življenjsko dobo prejemnika. Prejemnik mora opraviti samo eno operacijo in naknaden rehabilitacijski proces. Poleg tega pri keramičnih vsadkih v telesu ne nastajajo delci zaradi obrabe, kot se to dogaja pri kovinskih vsadkih.

Po drugi strani pa velja omeniti, da nobene od prednosti keramičnih vsadkov ne bo mogoče realizirati, dokler ne bo razvit cenovno ugodnejši proces strojne obdelave, zaradi katerega bi ti vsadki postali splošno dostopni in cenejši. Zaradi tega je veliko proizvodnih obratov, univerz in drugih raziskovalnih ustanov preiskovalo in preizkušalo različne pristope k strojni obdelavi keramike z običajnim strojnim orodjem. Najobetavnejše rezultate so do tega trenutka pridobili z lasersko obdelavo.

Ključen element tega stroškovno ugodnejšega procesa strojne obdelave keramike so posebej izdelane rezalne ploščice in revolucionarna uporaba laserja, nameščenega na večfunkcijskem stroju. Stroj natančno usmeri laserski žarek pred rezalno ploščico, da ta plastificira material obdelovanca in tako olajša obdelavo.

Razvoj tehnologije rezalnih orodij za cenovno ugodnejšo strojno obdelavo keramike vsebuje polikristalinični diamant (PCD) in kubično kristaliziranega borovega nitrida (CBN). CBN ima velik potencial pri več različnih kemičnih aplikacijah. Poleg tega so bili za obdelavo keramike testirani izredno trdna karbidna orodja.

Do tega trenutka je strojna obdelava z lasersko podporo omogočila struženje, rezkanje in vijačenje keramičnih materialov, na primer silikonskega nitrida, cirkonija in aluminija. Najpomembnejša točka pa je, da sistem podaljša življenjsko dobo rezalnega orodja in skrajša čas obdelave teh materialov, hkrati pa omogoča tudi proizvodnjo delov, ki pred tem ni bila mogoča.

Strani, vpletene v razvoj tehnik strojne obdelave z lasersko podporo, vedno bolje razumejo postopek rezanja keramike. Pričakovano je hitro širjenje uporabe keramike v medicini in za druge aplikacije, na primer delov motorjev in ležajev v avtomobilski industriji in letalstvu. V tem trenutku pa je treba opraviti še več testiranj za boljše razumevanje priprave robov rezalnih orodij in kemičnih interakcij med rezalnim orodjem in določenimi keramičnimi materiali. Nadaljnja testiranja bodo pripomogla tudi k učinkovitejši rabi laserjev za hitrejše segrevanje keramičnih materialov in izboljšanje natančnosti glede na dele obdelovanca, ki ga je treba segreti.

Taka hitrost napredka metode z lasersko podporo kaže na to, da lahko strojna obdelava keramike nadomesti brušenje z diamantnimi koluti na enak način, kot je struženje kaljenih obdelovancev pred dvajsetimi leti zamenjalo brušenje. Čeprav je metoda še v povojih, je mejnik zmanjšanja stroškov proizvodnje medicinskih vsadkov in delov iz industrijske keramike že premagan.

Sestavil: Don Graham, Vodja izobraževanja in tehničnih storitev v podjetju Seco Tools