I produttori di impianti medicali puntano sulla ceramica

La maggior parte dei grandi produttori di impianti medicali cerca attivamente, in un modo o nell'altro, di rendere redditizia la produzione di diversi impianti comuni in ceramica.

L'uso della ceramica per la fabbricazione di impianti è ideale. Offre un grado di robustezza, resistenza all'usura, comfort e biocompatibilità nettamente superiore a quello di alcuni metalli o polimeri. Le manca tuttavia una qualità essenziale: la lavorabilità.

Parlate di ceramica e la maggior parte dei vostri interlocutori penserà a piatti o tazze che si rompono facilmente cadendo su una superficie dura. Non è il caso della ceramica utilizzata in ambito industriale o medicale. Molto più dura e densa, quindi meno fragile, è tuttavia più difficile da lavorare con i metodi tradizionali. Fortunatamente, i raggi laser possono offrire una soluzione a questo problema.

Attualmente vengono prodotti solo pochi tipi di impianti in ceramica. Realizzati con rettificatrici dotate di mole diamantate e con capacità limitate in termini di definizione dei contorni e degli alloggiamenti o di creazione di pezzi dalle forme complesse, hanno una forma semplicistica. Inoltre, il processo di rettifica è lento, il che rende la produzione costosa e di conseguenza gli impianti estremamente cari. Infatti, il prezzo di questi pezzi spinge un gran numero di pazienti a scegliere impianti in metallo, molto più accessibili.

La maggior parte degli impianti prodotti oggi è in titanio, cromo-cobalto o acciaio inossidabile. Gli impianti più comuni sono utilizzati per la sostituzione dell'anca o del ginocchio, ma anche i componenti femorali, articolari e tibiali sono molto diffusi.

La durata media degli impianti in metallo dipende dal loro utilizzo. Più il portatore è attivo, più rapidamente l'impianto si consumerà. In alcuni casi questi impianti possono essere completamente usurati in 10 anni. Una persona meno attiva potrà conservare il proprio impianto fino a 25 anni.

Se il portatore dell'impianto è giovane, è possibile che l'impianto originale debba essere sostituito una o due volte nel corso della sua vita. Inoltre, la riabilitazione conseguente a questi interventi ortopedici, come la sostituzione dell'articolazione dell'anca o del ginocchio, è lunga e dolorosa.

Parliamo ora degli impianti in ceramica, la cui durata media è di 75 anni, ovvero circa la durata della vita di un individuo. Il portatore di un impianto di questo tipo dovrebbe quindi subire un solo intervento chirurgico e seguire un solo periodo di riabilitazione. Inoltre, l'impianto non genererebbe alcuna abrasione e quindi non rilascerebbe particelle estranee nel corpo, come invece avviene con l'usura degli impianti in metallo.

Purtroppo, nessuno dei vantaggi intrinseci degli impianti in ceramica sarà percepibile finché il materiale non potrà essere lavorato in modo redditizio, così da rendere questi impianti più facilmente disponibili e più accessibili. Per questo motivo officine di produzione, università e altri istituti di ricerca hanno studiato e testato diversi approcci per riuscire a lavorare efficacemente questa ceramica con macchine tradizionali. Finora, solo una tecnica che utilizza un laser ha fornito risultati molto promettenti.

Questo processo economico di lavorazione della ceramica comprende elementi chiave come inserti da taglio appositamente progettati e un uso rivoluzionario di un laser montato su una macchina multitasking. La macchina posiziona con precisione il raggio laser sull'inserto da taglio per modificare la natura del materiale da lavorare e renderlo così più facile da tagliare.

Tra i progressi nelle tecnologie di taglio che consentono una lavorazione più economica della ceramica figurano il diamante policristallino (PCD) e il nitruro di boro cubico (CBN). Il CBN ha un eccellente potenziale per diverse applicazioni della ceramica. Inoltre, per la lavorazione della ceramica è stato testato anche un utensile in metallo duro molto resistente.

Finora, la lavorazione assistita da laser ha permesso di tornire, fresare e filettare materiali ceramici come il nitruro di silicio, lo zirconio e l'allumina. Ma questo sistema permette soprattutto di aumentare la durata dell'utensile da taglio e di ridurre il tempo necessario alla lavorazione di questi materiali, consentendo al tempo stesso la fabbricazione di pezzi finora impossibili da realizzare.

Tutti i soggetti coinvolti nello sviluppo delle tecnologie di lavorazione assistita da laser continueranno ad acquisire una migliore comprensione globale del processo di taglio della ceramica. Inoltre, si realizzeranno senza dubbio grandi progressi nell'utilizzo della ceramica, non solo nel settore medicale, ma anche in altre applicazioni, come i componenti di motori e i cuscinetti a sfere destinati ai settori automobilistico e aeronautico.

Occorre tuttavia proseguire le ricerche per comprendere meglio le fasi necessarie alla preparazione dei taglienti degli utensili e le interazioni chimiche tra questi utensili e alcuni specifici materiali ceramici. Nuovi test contribuiranno inoltre a migliorare l'uso efficace del laser per riscaldare più rapidamente i materiali ceramici e per determinare con precisione le parti da riscaldare sul materiale da lavorare.

Se il metodo assistito da laser continuerà a progredire al ritmo attuale, la lavorazione della ceramica potrebbe senza dubbio sostituire la rettifica con diamante, così come la tornitura ha sostituito la rettifica vent'anni fa. Anche se il metodo è ancora agli inizi, è stato compiuto un passo importante nella ricerca della riduzione dei costi di produzione di impianti e componenti medicali in ceramica industriale.

Seco Tools è un produttore leader nel mercato degli utensili da taglio per metalli ad alto rendimento. La gamma di prodotti Seco comprende un programma completo di utensili e accessori per la tornitura, la fresatura, la foratura e l'alesatura, nonché sistemi complementari di attacco utensile. Con oltre 25 000 prodotti standard, Seco è un fornitore di soluzioni complete per la lavorazione dei metalli e equipaggia le macchine utensili dal mandrino al tagliente.

La sede della società si trova a Fagersta, in Svezia. Seco è presente in oltre 50 paesi nel mondo, con 40 filiali, distributori e partner di rete.