Tecnología CNC para implantes médicos de alta precisión

Requisitos legales generan especificaciones complejas para los fabricantes de implantes: desde el diseño, incluyendo los materiales, hasta la producción, la cadena de proceso completa debe ser documentada y validada. Máquinas de alta tecnología, controladas por CNC, apoyan a los fabricantes de prótesis y permiten la manufactura de productos de alta calidad.

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La idea de un nuevo implante médico normalmente surge para satisfacer una necesidad práctica. Es un proceso largo antes de que el implante se pueda producir en cantidad: toma aproximadamente 12 a 18 meses desde el primer dibujo, incluyendo el diseño y la planifación del trabajo, hasta el implante aprobado, completado. 

“Después de recibir, por ejemplo, una solicitud de un nuevo producto de un ortopedista, primero diseñamos y desarrollamos un prototipo”, explicó Hans-Joachim Mahr, gerente de producción de implantcast Corp., ubicado en Buxtehude, Alemania (vea el recuadro). 

“El controlador CNC asume una función importante para la transferencia de los datos del CAD/CAM a la producción real. Apoya la idea y el modelo virtual en una pieza de trabajo que el ortopedista puede tener en sus manos por primera vez”, agrega Mahr. 

Huesos artificiales hechos de titanio se fabrican principalmente usando el proceso de remoción de reserva. En implantcast, por ejemplo, la producción de implantes de cadera funciona en los centros de torno fresado equipados con el Siemens CNC Sinumerik 840D sl.

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_{Ya sea una fabricación de una sola vez o una producción en serie, las demandas más altas se colocan en cada pieza de ingeniería médica individual.}

Cada implante también tiene un conjunto de instrumentos asociados y adaptados que son necesarios. Esto incluye, por ejemplo, escofina quirúrgica para preparar el hueso.

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_{Las raspas óseas se suministran a los ortopedistas con los implantes articulados para la preparación adecuada del hueso.}

Su potente funcionalidad de máquina es conveniente tanto para las piezas individuales y complejas, como para los funcionamientos de producción largos. Esto no se aplica solo a la producción de cantidad, sino también a la producción de los funcionamientos de una sola vez en la misma máquina. El rápido procesamiento de datos del 840D sl es una ventaja particular para los implantes estándar producidos en cantidad. implantcast además ofrece —para aplicaciones particularmente complicadas tales como los pacientes de cáncer— la fabricación de implantes específicos. En este caso, los implantes y los instrumentos se cortan perfectamente a la estructura ósea asociada con la ayuda de una foto tomografía computarizada o una resonancia magnética. Para esta producción de una sola pieza, implantcast usa las funciones completas de configuración de Sinumerik que permiten la puesta en marcha rápida de la máquina. 

Para esta producción de una sola pieza, implantcast usa las funciones completas de configuración de Sinumerik que permiten la puesta en marcha rápida de la máquina.  

Por ejemplo, la interfaz del usuario de CNC tiene, en todos los niveles, iconos auto-explicativos que pueden ser configurados como teclas populares. Además, muchas funciones inteligentes ayudan a la medición de herramientas y piezas de trabajo. Estas funciones de medición pueden ser usadas, tanto para la puesta en marcha y la medición de proceso, así como la garantía de calidad durante el mecanizado. La interfaz de 'Sinumerik Operate’ también integra comandos de giro sencillos que simplifican la puesta en marcha de la máquina. El ciclo giratorio 800 se caracteriza por su fácil manejo, a pesar de su funcionalidad de alto nivel. Las funciones giratorias están disponibles para la rotación en un eje de máquina y para un eje del sistema de coordenadas de la pieza de trabajo. El CNC también gestiona inmediatamente cualquier transformación de coordenadas requeridas. 

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Independientemente del funcionamiento del one-one o de la calidad, las demandas más altas se colocan en cada pieza de trabajo de ingeniería médica. Es obvio que ningún descenso puede ser permitido de los estándares de calidad y precisión rigurosas. Además, el fabricante es responsable de validar el proceso de producción completo, lo que significa que incluso la construcción de prototipos debe satisfacer las mismas condiciones que los sucesivos funcionamientos de volumen.

Glenas artificiales 

El número de implantes óseos artificiales está aumentando continuamente, mientras que las operaciones como el uso de cadera de reemplazo, hecha de titanio, también pertenecen al programa diario estándar de cirugía ortopédica. En 2010, un millón de caderas artificiales y empalmes de rodillas fueron implantados en los Estados Unidos. Los pronósticos apuntan a que este número exceda los 4 millones a 2030; sin embargo, este gran número no desconoce el hecho de que las más altas demandas se colocan en cada implante médico individual, ya sea una sola vez o un funcionamiento de producción. 

Los implantes estándar están ahora disponibles en varios tamaños, según lo requerido para el físico de cada paciente. La programación NC que define las funciones de mecanizado de la pieza de trabajo y, en consecuencia, todos los detalles relacionados con la forma y la tecnología son muy rápidos. 

“Gracias al fácil manejo del 'Sinumerik Operate', ahorramos una cantidad significativa de tiempo”, explicó Axel Robiller, gerente del departamento de retiro de reservas de implantcast. “Una de las razones es que la interfaz humano-máquina (IHM) tiene el estilo familiar de Windows, conocido por nosotros del mundo PC”. El Sinumerik 840D sl proporciona una gama completa de ciclos potentes de torneado y fresado. Debido a que todas las funciones del operador y los ciclos son sostenidas con elementos animados, el operador sabe intuitivamente cómo se va a usar la función, sin necesidad de consultar el manual de instrucción. Los gráficos vectoriales dinámicos se pueden usar cuando los elementos animados no bastan para explicar el propósito de los valores de entrada individuales, como la parametrización de ciclos complejos. Estos gráficos reflejan los valores de entrada actuales con sus representaciones proporcionales. 

Complejo, pero eficiente

En la EMO de 2011, Siemens presentó la producción de canal dual de raspas de hueso en máquinas con dos diapositivas. Esto permite que los centros de torneado y fresado, como el DMG CTX alpha 450TC, operen con mayor eficiencia, ya que la funcionalidad de programación completa está disponible en ambos canales. La función 'Programsync' sincroniza los canales de mecanizado, sin importar si los programas han sido programados en ciclos estándares DIN/ISO o ShopTurn, el software patentado de Siemens. 

La creciente complejidad de las máquinas de torneado y fresado, y los posibles programas de producción, también aumenta el riesgo de errores de programación que, bajo algunas circunstancias, pueden causar daños a la máquina. Para este propósito, el Sinumerik 840D sl ofrece un programa de simulación que muestra el proceso de retiro de reserva en 3D virtual. Además de la representación completa de las acciones de corte, también se muestra el tiempo de mecanizado previsto, correspondiente a los valores de tecnología programada antes de la producción de una sola pieza de trabajo. 

Sin embargo, un tiempo de mecanizado corto es crítico para la economía de producción de cantidades. El centro de torno fresado el Siemens 840D sl usado en implantcast, con diapositivas cruzados para los ejes Y y B, permite el mecanizado simultáneo de cinco ejes (Figura 3) y, por lo tanto, reduce el tiempo de procesamiento. Los implantes son fabricados en una sola operación con mecanizado paralelo en el husillo principal y el husillo contador. Para un mecanizado completo, el Sinumerik 840D sl proporciona funciones de torneado y fresado que se pueden usar en combinación. El alcance completo de las funciones de fresado está disponible, desde la tecnología de ciclo, hasta el mecanizado simultáneo de superficies libres. 

Las piezas simples no existen

Cada pieza individual es sometida a un control de calidad integral. Sondas de detección comprueban la precisión del contorno y la altura de pico de valle y escanean la superficie para localizar incluso el menor daño. Para comprobar la estructura del material, los exámenes de rayos X también se realizan en varias piezas. Solo cuando todos los obstáculos han sido superados, los implantes pasan al departamento interno de implantcast para el empaquetado estéril y el envío subsecuente.

Un paciente con prótesis de hueso recibe un documento de prótesis que permite que el proceso completo de fabricación sea reconstruido en cualquier momento. Mientras que en las otras industrias, tales como la automotriz o de procesamiento de alimentos, los productos deben ser rastreados por lotes, este requisito de rastreo en el mundo ortopédico es específico para el implante médico de cada paciente. Este es un desafío importante, considerando que implantcast produce aproximadamente 3,000 artículos cada semana. 

A pesar del uso extensivo de tecnología altamente sofisticada, al final de la cadena de proceso hay un paciente que sufre y debe ser ayudado. Esta diferencia entre el fabricante de piezas torneadas, fresadas y rectificadas usada en la tecnología médica y uno que produce piezas para construcción de maquinaria se hace evidente, por ejemplo, cuando el propio Hans-Joachim Mahr entrega un paquete a la oficina de correos en la tarde. El viaje a la oficina de correos no es en realidad parte de su trabajo. “El paciente, cuya prótesis está en el paquete, tendría que esperar un día más para su operación, si no actuamos de inmediato”, explica Mahr. Para tales solicitudes tardías —y estas no son infrecuentes— es muy posible que él personalmente envíe la prótesis.