31. května 2026 10:31

Hospodárná povrchová úprava acetabulárních jamek v kruhovém vibrátoru – s digitálním řízením a vysokou přesností

Při broušení a leštění vnitřních ploch kyčelních jamek je pro většinu výrobců stále ještě první volbou CNC opracování. Díky vibračnímu broušení v kruhovém vibrátoru a upínacímu zařízení vyvinutému speciálně pro tento úkol je však k dispozici výrazně ekonomičtější proces, který je méně náročný a požadované hodnoty drsnosti dosahuje snadno a s vysokou reprodukovatelností. Společnost Rösler Oberflächentechnik vyvinula dvoustupňový proces, při kterém lze současně opracovávat až 35 kyčelních jamek. To je možné díky speciálně vyvinutému upínacímu zařízení.

Acetabulární jamky neboli acetabulární kalíšky pro aplikace „Dual Mobility“ se zpravidla vyrábějí z kobalt-chromu nebo titanu, obrábějí se třískovým obráběním a následně procházejí první povrchovou úpravou jemným broušením nebo jemným soustružením. Po tomto procesu obrábění se hodnota drsnosti Ra u polotovarů obvykle pohybuje mezi 1 a 0,6 µm. Pro použití v lidském těle však musí být hodnota drsnosti výrazně nižší, konkrétně maximálně 0,05 µm. Jen tak lze zajistit optimální funkci acetabulární jamky, dostatečné smáčení tělními mazivy a zabránit zvýšenému tření mezi PE vložkou a kovovou jamkou.

Broušení vnitřních ploch jako technologická výzva

Pro technologii vibračního omílání představuje v tomto případě hlavní výzvu nikoli dosažení požadované hodnoty drsnosti, ale kritická poloha obráběné plochy uvnitř polokoule. Ta tvoří tzv. nabírací geometrii, kterou brusná tělíska nemohou aktivně kopírovat. Při volném pohybu obrobků v pracovním kontejneru by se vnitřní prostory sice zaplnily brusnými tělísky, účinné obrábění by však probíhalo pouze na vnějších plochách, protože uvnitř by nevznikal dostatečný relativní pohyb.

Právě v tomto konkrétním případě může společnost Rösler plně využít své dlouholeté zkušenosti v oblasti povrchových úprav, zejména vibračního omílání, a těžit také z vlastního vývoje a výroby zařízení. „Acetabulární jamky obrábíme v kruhovém vibrátoru bez středového dómu. Tato zařízení byla původně vyvinuta pro letecký průmysl, kde je třeba vysoce kvalitní a komplexní díly obrábět mimořádně šetrně k materiálu, ale zároveň s vysokým úběrem. Tato speciální konstrukce pracovní nádoby se od klasického kruhového vibrátoru liší tím, že motor není umístěn ve středové části pracovního prostoru, tedy v dómu, ale vně pracovní nádoby. Tím vzniká uvnitř prostor pro upínací zařízení s unikátní vložkou, v níž lze acetabulární jamky pevně fixovat,“ vysvětluje Michael Striebe, Global Sales and Process Expert ve společnosti Rösler. Tímto způsobem se relativní pohyb přenáší i do vnitřních částí acetabulárních jamek a lze zahájit proces broušení a leštění. Jako procesní média používá společnost Rösler plastová brusná tělíska speciálně vyvinutá pro zdravotnickou techniku a suché lešticí médium. Brusná tělíska mají velmi jemnou strukturu, díky níž lze již při předbroušení dosáhnout velmi nízké drsnosti povrchu pod Ra 0,05 µm. Homogenní a jemná struktura tak vytváří ideální povrch pro finální leštění. Při něm se drsnost dále zlepšuje na 0,02 µm nebo méně.

Doba opracování závisí na použitém základním materiálu a stavu polotovaru.

Vibrační omílání jako ekonomičtější alternativa k robotickému dokončování

Leštění a broušení acetabulárních jamek pomocí robotů je sice v zásadě rychlé, avšak vyžaduje značné úsilí v oblasti programování, monitorování procesu a kompenzace opotřebení pro každý jednotlivý díl. Robotické leštění znamená, že každý obrobek musí být samostatně uchopen a upnut. Pro každou velikost dílu je nutný vlastní přesně definovaný program robota. K tomu se přidává opotřebení nástrojů: ať už jde o lešticí nástroje, kartáče nebo jiné speciální nástroje, úběr materiálu se neustále mění a toto opotřebení musí být v procesu zohledněno. Samotný robot to však nedokáže kompenzovat, protože pouze sleduje předem definovanou dráhu pohybu. Podobně je tomu i u manuálního dokončování, které je sice také rychlé, ale ekonomicky zcela nevýhodné. Dalším rizikem je nebezpečí kolísání kvality, protože obsluha nemůže vždy dodržet stejné parametry opracování a zkušený personál pro tyto procesy je stále obtížnější najít. Naproti tomu při vibračním omílání v kruhovém vibrátoru bez dómu je po založení dílů do zařízení nutné pouze definovat dobu opracování. Zbytek procesu přebírá samotný stroj. Není potřeba ani obsluha, ani dodatečná automatizace – zařízení vyžaduje pouze brusná nebo lešticí média, vodu a elektrickou energii. Ani opotřebení brusného média nemá při této metodě vliv na výsledek oopracování. Je pouze nutné udržovat konstantní hladinu náplně v zařízení.

„Výsledkem je stabilnější a celkově vyšší kvalita povrchu s rovnoměrnější strukturou,“ vysvětluje Michael Striebe, který se zákazníkům ze zdravotnického průmyslu ve své funkci Global Sales and Process Expert ve společnosti Rösler věnuje již přibližně deset let. „Z vlastní zkušenosti jsem přesvědčen, že povrchy po vibračním omílání jsou jemnější a kvalitnější, což se projevuje zejména tím, že pravidelně výrazně překračujeme požadované hodnoty drsnosti směrem k lepším výsledkům. V závislosti na výchozí drsnosti jsou možné výsledky až Ra 0,01 µm – při zachování všech tvarových tolerancí. Jde o mimořádnou kvalitu, která potvrzuje efektivitu a účinnost této technologie.“

Monitorování procesu a zvyšování efektivity prostřednictvím digitalizace

U procesů povrchových úprav ve zdravotnické technice, zejména pokud jde o implantáty, však nejde pouze o ekonomickou efektivitu procesu a důsledné dodržování definovaných hodnot drsnosti a tvarových tolerancí. Vedle reprodukovatelného dosažení požadované kvality povrchu musí být celý proces opracování z hlediska svého vzniku, stability a opakovatelnosti plně dohledatelný a kompletně zdokumentovaný. Komplexní monitoring dílů a procesů je klíčovým předpokladem validovaných a auditovatelných výrobních procesů.

Tyto požadavky lze plně pokrýt aktuální verzí digitalizačního softwaru Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort. Software automaticky monitoruje a digitalizuje kvalitu procesní vody, v definovaných intervalech samostatně odebírá vzorky, dokumentuje výsledky měření a automaticky kompenzuje odchylky cíleným dávkováním definovaných aditiv. Tím je zajištěna dlouhodobě stabilní kvalita procesní vody, podpořena reprodukovatelnost výsledků opracování a garantována trvale vysoká kvalita opracovávaných dílů. Pokud systém rozpozná potřebu dalšího zásahu, informuje obsluhu a vydá jednoznačný a dokumentovatelný pokyn k provedení opatření. Veškeré následné úpravy jsou rovněž dokumentovány a kdykoli dohledatelné.

Perspektivní řešení šité na míru oboru

Vývojem tohoto efektivního procesu broušení a leštění v kruhovém vibrátoru bez dómu nabízí společnost Rösler ekonomickou alternativu ke klasickému robotickému nebo ručnímu leštění. Vysoká potřeba manuální práce při ručním leštění je u vibračního omílání snížena přibližně o 70–80 %, přičemž ručně je nutné provádět už jen zakládání dílů. Vysoká reprodukovatelnost, vynikající kvalita povrchu a možnost digitálního monitorování a řízení procesu pomocí systému Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort činí z této technologie perspektivní řešení pro přesné opracování acetabulárních jamek.

„Při vývoji tohoto procesu jsme se podrobně zaměřili na problematické body běžně používaných technologií a naše řešení jsme přesně přizpůsobili těmto požadavkům,“ vysvětluje Michael Striebe. „To bylo možné pouze díky soustředění kompetencí v oblasti konstrukce strojů, vývoje procesů a výroby procesních médií pod jednou střechou ve společnosti Rösler. Budoucnost opracování acetabulárních jamek spočívá v kruhovém vibrátoru bez dómu.“

Kloubní jamky před a po jemném broušení a leštění: Hodnoty drsnosti výrazně pod 0,05 µm jsou spolehlivě dosahovány při dodržení všech tolerancí tvaru.

Na speciální upínací zařízení se upevní až 35 kyčelních jamek. Surové díly jsou zasazeny do odpovídající vložky, která je k dispozici v různých velikostech.

Vibrátor bez dómu s vnějšími motory: V kombinaci s upínacím zařízením umožňuje obrábění vydutých vnitřních geometrií kyčelních jamek

Již více než 90 let se privátní společnost Rösler Oberflächentechnik GmbH aktivně podílí v oblasti povrchových úprav. Jako celosvětový lídr nabízíme komplexní portfolio vybavení, spotřebního materiálu a služeb v oblasti technologií hromadné povrchové úpravy a otryskávání pro široké spektrum různých průmyslových odvětví. Náš sortiment přibližně 15 000 typů spotřebního materiálu, vyvinutý ve zkušebních centrech po celém světě, slouží našim zákazníkům k řešení jejich individuálních požadavků. Pod značkou AM Solutions nabízíme řadu řešení a služeb v oblasti aditivní výroby / 3D tisku. V neposlední řadě nabízí Rösler Academy jako naše centrální školicí středisko praktické semináře zaměřené na omílací techniku a otryskávací techniku a aditivní výrobu. Skupina Rösler má celosvětovou síť 15 výrobních a prodejních poboček a cca 150 obchodních zástupců.

Pro vice informací navštivte stránky: https://facts.rosler.com/medical