В современном высокотехнологическом медицинском производстве нередко находится место не только традиционной механической обработке, но и ОСОБОЙ, ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Область использования ЭТОГО ВИДА ОБРАБОТКИ обусловлена ее основными особенностями. она предназначена для обработки ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ материалов любой твердости: КАЛЕНЫЕ МЕТАЛЛЫ, высокопрочные и «экзотические» СПЛАВЫ. Во-вторых, она почти не оказывает механического воздействия на деталь, а значит возможна обработка тонких стенок, мелких элементов. Некоторые формы просто невозможно обработать фрезой, острые углы, глубокие тонкие отверстия, сложные поднутрения.

Медицинские изделия требуют высокого качества материалов, точности и чистоты поверхности. Электроэрозионные станки способны уложиться в допуски вплоть до ±1 мкм и обеспечить шероховатость до Rа 0,05 мкм. Параметры точности, шероховатости, вида материала оператор заранее задает в настройках электроэрозионного станка, что обеспечивает стабильность его работы.
Электроэрозия в медицинской промышленности используется при изготовлении ортопедических пил, сеток для реконструктивной хирургии, фиксаторов позвоночника, полостей под ключ во вживляемых винтах, пластин для восстановления конечностей. Материалы, используемые при производстве — нержавеющая сталь, титан и его сплавы. Некорродирующие материалы обрабатываются без механического воздействия, характерного для традиционной механообработки. И, конечно же, не осталась в стороне и наиболее традиционная область применения электроэрозии — инструментальное производство, то есть изготовление технологической оснастки: пресс-форм для литья пластика и алюминия, вырубных и гибочных штампов.

Лезвия для осциллирующих / сагиттальных пил

Зубчатые лезвия традиционно затачивают с помощью лазерной полировки, а форму зубцов и контур лезвия формируют с помощью проволочной электроэрозии.
Лицевые, нейрохирургические пластины и сетки
С помощью электроэрозии изготавливают гибкие и жесткие сетки для нужд челюстно-лицевой, черепно-лицевой хирургии и нейрохирургии. Материалом обычно является титан и его сплавы, коррозия здесь недопустима. Благодаря электроэрозионной технологии сложность формы изделия практически не влияет на его стоимость.

Микрообработка

Проволочная электроэрозионная обработка тонкой проволокой диаметром от 20 мкм и прошивочная микрообработка позволяют без механического воздействия обрабатывать мельчайшие заготовки. На проволочно-вырезных станках
GF AgieCharmilles «тысячной» серии в одной рабочей программе можно использовать попеременно проволоку двух диаметров благодаря установленному автосменщику проволоки.
Шестеренки, в эндоскопической хирургии используются в качестве «расточной шестерни», например, для удаления ненужной ткани. Наименьший используемый диаметр проволоки для таких деталей – 0,02 мм. Микрообработка воcтребована при производстве хирургического инструмента и разнообразных, наконечников эндоскопов.

Хирургический инструмент

Благодаря разнообразному хирургическому инструменту, современные операции гораздо менее травматичны, проходят без сильной потери крови, за более короткое время и не требуют длительного восстановления. Инструменты производятся либо в единичном экземпляре, либо небольшими сериями и разрабатываются во взаимодействии с их пользователями. Это разнообразные медицинские пилы, зажимы, фиксаторы.

Использование поворотной оси

Непрерывно вращающаяся ось дает возможность с помощью проволочной электроэрозии обрабатывать микроскопические тела вращения для прочистки артерий от тромбов. Новейшие оси, способные как вращаться, так и индексировать, позволяют обрабатывать ключевой паз на одном и том же станке. Это помогает снизить стоимость изделия благодаря исключению операции, обычно производимой на другом станке. С помощью поворотной оси с индексированием можно обрабатывать направляющие костных пил и другой медицинский инструмент . Такие направляющие задают наклон пилы для получения среза под точным углом, обеспечивая более быстрое заживление сломанной кости.
Пример: направляющие хирургической пилы для операций на коленном суставе.
Направляющие из нержавеющей стали для хирургических пил предназначены для операций над коленными суставами. Такой блок представляет собой специальный шаблон для каждого пациента. Он удерживает осциллирующую пилу, позволяя задать ее точное местоположение, глубину и угол отреза. При использовании направляющего блока не требуется выполнять отверстие в кости и вставлять шток для задания направления пилы. В результате сустав оказывается установлен более точно, работает более плавно и служит дольше.
Требования: точность: ±10 мкм и ±0,25°, шероховатость Ra 2,0 мкм, высокая скорость обработки, наличие поворотной оси для поворота пластины под нужным углом от вертикали, одновременная обработка при вращении пластины, если направляющая криволинейная.
Поворотная ось с сервоуправлением является новинкой в медицинской промышленности, которая позволяет изготавливать детали самых сложных форм, которые ранее было практически невозможно изготовить.
GF AgieCharmilles CUT 1000 OilTech с поворотной осью для микроэрозии JauchSchmider 30319 может обрабатывать детали проволокой диаметром от 20 мкм. Станок используется для изготовления инструментов глазной хирургии.

Имплантаты

Для производства металлических изделий, вживляемых в тело человека, используется титан и его сплавы.
Это легкий, прочный и биосовместимый материал. Такие детали обычно должны быть точными, без коррозии и «паразитных» включений. Решением для их производства является электроэрозионная технология.
Новые генераторы импульсов для электроэрозии, разработанные компанией GF AgieCharmilles, стали прорывом в обработке «экзотических» материалов и позволяют значительно снизить, либо полностью исключить измененный слой и посторонние включения на поверхности детали. Такие включения недопустимы при производстве вживляемых изделий во внутренние органы человека и медицинского инструмента. В прошлом после обработки следовал трудоемкий процесс очистки поверхности, который сейчас в большинстве случаев не требуется.
Во время обработки титана электроэрозия, в общем случае, оказывает два вида воздействия на поверхность: электролиз (окисление) и загрязнение посторонними материалами.
Окисление титана — это естественный процесс. На воздухе титан всегда покрыт тонкой оксидной пленкой (толщиной до 10 нм), придающей ему характерный серый цвет. Более толстая такая пленка – до 70 мкм – дает голубой оттенок. Окисление само по себе не изменяет внутреннюю структуру титана и не влияет на его механические свойства.

Загрязнение поверхности представляет собой отложение на обработанной поверхности мелких частиц материала электроэрозионной проволоки. Медь, которая содержится в латунной проволоке — это не биосовместимый материал, запрещенный к применению в медицине.
Инновационные генераторы CleanCut позволяют программировать разряды как положительного направления, так и отрицательного, приводя к балансировке действующего напряжения на уровне нуля. Помимо этого, генераторы CleanCut могут изменять форму импульса в зависимости от условий и задания оператора. Искра, динамически определяемая по параметрам, приводит к значительному снижению загрязнения поверхности.
Технологии, используемые в генераторах CleanCut, берут начало в 90-х годах, когда были изобретены полевые транзисторы Mosfet, позволившие полностью избавиться от конденсаторов большой емкости. Такие транзисторы дали возможность полностью контролировать форму импульса и, как следствие, контролировать поверхность обрабатываемой детали. Количество энергии импульса, его форма и длительность — важнейшие параметры, которые контролируются при помощи технологии «Clean Cut». Импульс обычно имеет трапециевидную форму и длительность 50…1000 нс на частотах в диапазоне нескольких МГц.

Требования: скорость, шероховатость Ra 0,8 мкм, точность ±10 мкм, отсутствие измененного слоя.
Обрезка титановых сеток.
Требования: скорость, шероховатость Ra 2,8 мкм, точность ± 30 мкм, глубина измененного слоя менее 5% (обычно медь и цинк). Материал –чистый титан (99,9%). Было проведено металлографическое исследование среза. Микротрещин материала не обнаружено. Таким образом, электроэрозионная технология делает возможным изготавливать титановые детали без окисления и посторонних включений от проволоки. Минимальный измененный слой сокращает затраты на последующую очистку медицинских изделий.
Еще одним примером использования проволочной электроэрозионной обработки являются экструзионные матрицы, в том числе микроскопических размеров.
Пример: внешний диаметр выреза 0,05 мм; минимальный радиус контура 2,5 мкм; внешний диаметр формы 2,032 мм.
Электроэрозионные проволочно-вырезные станки, из современного модельного ряда GF AgieCharmilles, подходящие для задач медицины
Пресс-формы для медицинского инструмента
Современная медицина использует много пластика для самых различных целей. Важная операция при производстве пресс-форм для литья под давлением, наряду с фрезерованием, — электроэрозионная прошивка. Современные электроэрозионные прошивочные станки с термостабилизацией, способны производить самые высококачественные пресс-формы в макро- и микромасштабах.
Другие сферы применения прошивочной электроэрозии — Тазобедренный сустав
Требования: скорость, шероховатость Ra 0,4 мкм, точность ±50…250 мкм, отсутствие измененного слоя, возможность автоматизации.
Вживляемые фиксирующие винты.
Требования: скорость, шероховатость Ra 2,0 мкм, точность ±50 мкм, отсутствие измененного слоя, возможность автоматизации.