Lavorazione CNC a 5 Assi per Strumento Chirurgico in Acciaio Inossidabile 17-4 PH:

Presso Flow Wing Metal, siamo specializzati nella lavorazione CNC per dispositivi medici di alta precisione, componenti aerospaziali e parti industriali. La nostra competenza nella lavorazione CNC a 5 assi ci consente di produrre parti monolitiche complesse con tolleranze strette, riducendo al minimo l'assemblaggio e migliorando l'affidabilità.

Attrezzatura CNC presso Flow Wing Metal:

La nostra officina meccanica è dotata di una gamma di lavorazioni CNC per soddisfare diverse geometrie, volumi e tolleranze dei pezzi.

Cliente: OS Medical (certificato ISO 13485, Germania)

Settore: Dispositivo Medico (Chirurgia della Colonna Vertebrale)

Sfida: OS Medical richiedeva uno strumento di riduzione della vite peduncolare spinale utilizzato nella chirurgia mini-invasiva della colonna vertebrale. Il pezzo (lunghezza totale 150 mm, diametro massimo 12 mm)

presentava:

Un'impugnatura ergonomica complessa con scanalature per le dita sottosquadro.

Una “linguetta di riduzione” distale con una precisa fessura rettangolare di 2,5 mm × 3 mm (tolleranza ±0,01 mm).

Un albero cannulato (cavo) con un foro passante interno di 2,0 mm.

Un'interfaccia di innesto a cricchetto che richiedeva un raggio di base di 0,15 mm (angolo interno vivo impossibile con frese a testa sferica standard).

Sfida originale:

Lo strumento era precedentemente prodotto come un assemblaggio di 3 componenti (impugnatura lavorata separatamente, albero con fessura brocciata, inserto a cricchetto saldato in posizione).

Ciò comportava:

Elevato costo di manodopera per l'assemblaggio.

Punti deboli della saldatura (potenziale di corrosione interstiziale dopo la sterilizzazione).

Posizionamento della fessura incoerente (±0,08 mm tra i lotti) che portava a una scarsa vestibilità dello strumento durante l'intervento.

Tempi di consegna di 8 settimane.

Richiesta di OS:

Uno strumento monolitico, senza saldature, in un unico pezzo, lavorato da acciaio inossidabile 17-4 PH (indurito per precipitazione, alta resistenza, resistente alla corrosione), con:

Nessun assemblaggio richiesto.

Tolleranza della fessura ±0,01 mm (metà della tolleranza precedente).

Caratteristica del cricchetto interno con raggi di base di 0,15 mm (EDM o lavorazione a 5 assi).

Tempi di consegna ≤ 4 settimane per 200 unità.

L'Esecuzione di Flow Wing Metal:

Fase 1: Selezione del Materiale e Preparazione della Lavorazione CNC

Materiale: Barra di acciaio inossidabile 17-4 PH, condizione A (ricotto di soluzione – più morbido per la lavorazione), quindi invecchiato alla condizione H900 dopo la lavorazione (carico di snervamento ≥ 1.170 MPa / 170 ksi).

Dimensione della barra: Grezzi di diametro 16 mm × lunghezza 250 mm.

Certificazione: Materiale tracciabile secondo ASTM A564 con rapporti di prova del laminatoio (MTR) e verifica della biocompatibilità (non citotossicità ISO 10993-5).

Fase 2: Programmazione e Simulazione CNC

Software CAM: Mastercam 2024 con modulo simultaneo a 5 assi.

Macchina: DMG MORI DMU 65 (centro di lavorazione a 5 assi con mandrino da 20.000 giri/min, portautensili HSK63, refrigerante attraverso il mandrino a 70 bar/1.000 PSI).

Bloccaggio del pezzo: Ganasce morbide personalizzate con un dispositivo a coda di rondine che fornisce accesso su 5 lati.

Percorsi utensile:

Sbozzatura: Fresatura dinamica ad alta efficienza (percorsi trocoidali) con una fresa a candela in metallo duro a 5 taglienti da 10 mm.

Semifinitura: Fresa a testa sferica da 6 mm (altezza della scaglia 0,02 mm).

Finitura (scanalature/fessura): Fresa a candela in metallo duro miniaturizzata da 1,5 mm (7 taglienti, portata con collo).

Caratteristica del cricchetto: Fresa a testa sferica conica da 0,5 mm (raggio d'angolo programmato di 0,15 mm).

Foro passante interno: Foratura con canna da fucile (diametro 2,0 mm, profondità 120 mm – rapporto L/D 60:1) seguita da alesatore in metallo duro.

Fase 3: Processo di Lavorazione (Simultanea a 5 Assi della Lavorazione CNC)

Operazione Utensile Parametri Risultato:

1. Fronte e tornitura diametro esterno Insertro CNMG 432 (tornitura) 200 SFM, 0,1 mm/giro Diametro 15,8 mm
2. Foratura foro centrale Punta in metallo duro da 1,8 mm 4.500 giri/min, 0,025 mm/giro Foro pilota
3. Foratura con canna da fucile foro passante Punta per canna da fucile da 2,0 mm (con refrigerante) 8.000 giri/min, 0,02 mm/giro 2,0 mm +0,00/0,02 mm
4. Sbozzatura dinamica Fresa a candela da 10 mm 8.000 giri/min, 2.000 mm/min 80% di materiale rimosso
5. Finitura impugnatura a 5 assi Fresa a testa sferica da 6 mm 12.000 giri/min, 1.500 mm/min Superficie impugnatura RA 0,8 µm
6. Fessura rettangolare (linguetta di riduzione) Fresa a candela da 1,5 mm (7 taglienti) 18.000 giri/min, 400 mm/min 2,5 mm × 3,0 mm ±0,008 mm
7. Caratteristica del cricchetto Fresa a testa sferica conica da 0,5 mm (raggio 0,15 mm) 22.000 giri/min, 200 mm/min Raggio di base di 0,15 mm mantenuto
8. Alesatura finale foro passante Alesatore in metallo duro da 2,0 mm 2.000 giri/min, 0,1 mm/giro 2,0 mm +0,005/0,000 mm

Fase 4: Trattamento Termico Post-Lavorazione e Finitura

Trattamento termico: Invecchiamento a H900 (480°C / 900°F per 1 ora, raffreddamento ad aria). Durezza raggiunta: 44 HRC (obiettivo 43–46 HRC).

Finitura superficiale:

Elettrolucidatura: 30 minuti in un bagno elettrolitico per rimuovere uno strato di 0,01 mm, ottenendo una superficie brillante, liscia (RA ≤ 0,2 µm) e passivata. Ciò ha eliminato qualsiasi bava dall'utensile del cricchetto da 0,5 mm.

Passivazione: Successivo bagno di acido citrico per garantire il ripristino dell'ossido di cromo (secondo ASTM A967).

Ispezione:

CMM (Macchina di Misura a Coordinate) per l'ispezione dimensionale completa a 5 assi.

Sistema di visione per la verifica del raggio di base del cricchetto di 0,15 mm.

Comparatore ottico per la tolleranza della fessura.

Profilometro della rugosità superficiale (RA 0,18 µm raggiunto).

Lavorazione CNC il Risultato:

Risparmio sui costi: Costo unitario inferiore del 38% rispetto al precedente assemblaggio di 3 componenti (€48 → €30 per strumento).

Riduzione dei tempi di consegna: Da 8 settimane a 3,5 settimane per 200 unità (dalla fabbrica al pronto per la sterilizzazione).

Miglioramento della qualità: Tolleranza di posizionamento della fessura ±0,006 mm rispetto al precedente ±0,08 mm (13× più preciso). Nessuna rilavorazione o scarto nella produzione.

Affidabilità: Zero guasti sul campo dopo 24 mesi (oltre 3.500 utilizzi chirurgici). Nessuna corrosione interstiziale, nessuna frattura della saldatura (non ci sono saldature) e la superficie elettrolucidata si pulisce più velocemente nella lavorazione sterile.

Feedback clinico: “Lo strumento monopezzo sembra più solido, si innesta sulla vite peduncolare con gioco zero e l'impugnatura ergonomica ha ridotto l'affaticamento della mano del chirurgo di circa il 40%.” – Chirurgo Capo della Colonna Vertebrale, Ospedale Universitario di Monaco

Testimonianza del cliente:

“Flow Wing Metal ha trasformato un assemblaggio saldato in tre parti in un capolavoro monolitico di lavorazione CNC a 5 assi. Lo spigolo interno di 0,15 mm sulla caratteristica del cricchetto – ottenuto con una fresa a candela da 0,5 mm – è il motivo per cui li abbiamo scelti rispetto ad altre cinque officine di lavorazione CNC. Loro comprendono la qualità medica.”