Usinagem Médica: Orientação de Especialistas sobre Ferramentas de Corte para Precisão e Sucesso

A fabricação de implantes médicos está pronta para crescimento significativo à medida que técnicas e materiais melhoram continuamente. Aqui, especialistas oferecem insights valiosos sobre materiais, métodos e máquinas-ferramentas usadas na usinagem médica.

Cada setor industrial enfrenta desafios únicos, mas a usinagem médica apresenta alguns dos maiores. Tolerâncias apertadas, geometrias complexas e rastreabilidade meticulosa — estes são apenas alguns dos obstáculos que oficinas médicas devem superar se quiserem competir neste campo exigente.

Felizmente, muitas pessoas experientes estão dispostas a compartilhar conselhos de aplicação, começando com os especialistas citados aqui.

Considere materiais. Ao lado da aeroespacial com suas superligas de alta temperatura, os metais usados para fazer componentes médicos chegam em segundo lugar em termos de usinabilidade ruim. Dan Doiron, gerente de produto de fresamento na Emuge Corp., explica que barras e fundições de cobalto-cromo, por exemplo, são comumente usadas para fazer o componente femoral (superior) de um implante de joelho, com titânio servindo como bandeja tibial abaixo. Aços inoxidáveis como 17-4 PH também são bastante comuns em aplicações médicas, como ferramentas cirúrgicas de alinhamento e fixação usadas durante a instalação do implante.

Todos são difíceis de usinar, e todos requerem ferramentas de corte específicas para o material para maior produtividade.

“Seja qual for a liga, sempre recomendo que os clientes consultem nosso site ou catálogo ao selecionar ferramentas de corte”, diz ele. “Temos uma ampla gama de geometrias destinadas a vários materiais médicos, bem como revestimentos que ajudam a manter a longevidade e fornecem vida útil ideal da ferramenta.”

Derek Nading, engenheiro de aplicações da M.A. Ford Mfg. Co. Inc., concorda, observando que ferramentas de corte personalizadas também são bastante comuns no setor médico.

“Fazemos muitos alargadores e brocas escalonadas especiais para uso médico, onde uma oficina pode querer completar duas ou mais características da peça em uma operação”, diz ele. “E fresas de barril, também conhecidas como ferramentas de segmento de círculo, estão se tornando mais populares também, usadas principalmente para acabamento acelerado de substituições de quadril e outros implantes complexos.”

Jake Rutherford, engenheiro de P&D da KYOCERA SGS, alerta que revestimentos de ferramentas de corte podem ser proibidos em aplicações médicas específicas.

“É por isso que oferecemos nossas ferramentas revestidas ou não revestidas”, diz ele. “Já estive em oficinas onde era difícil ou até impossível validar um processo devido a preocupações de que haveria elementos microscópicos do revestimento deixados no componente, que poderiam, por sua vez, lixiviar para o corpo humano.”

Uma Abordagem Metodológica

Note o último termo: validação de processo. Como aqueles que fabricam componentes aeroespaciais críticos, oficinas médicas muitas vezes devem submeter seus processos de usinagem para aprovação do cliente, e uma vez validados, são congelados. Quaisquer desvios desses processos após o fato requerem aprovações adicionais, tornando a melhoria contínua complicada na melhor das hipóteses.

Uma lição desta história é que oficinas médicas devem trazer especialistas em ferramentas de corte cedo durante o ciclo de desenvolvimento do processo. Isso ajuda a garantir que selecionem as melhores ferramentas, determinem os caminhos de ferramenta mais eficientes possíveis e evitem voltar ao cliente para mudanças pós-validação. Em outros casos, no entanto, fazer isso vale bem o esforço, especialmente em trabalhos que rodam há anos, ou onde a oficina está defasada em termos de tecnologia de ferramentas de corte.

Um caso em ponto vem da OSG USA Inc., onde o gerente de distrito Dustin Loschiavo trabalha de perto com uma oficina médica em Michigan.

“Nós e alguns de nossos engenheiros visitamos a instalação deles no passado outubro depois que concordaram em fazer parceria conosco”, diz Loschiavo. “Avaliamos seus processos, olhamos suas máquinas-ferramentas e fixação, e entregamos soluções que economizariam mais de $300.000 anualmente em apenas quatro componentes.”

O gerente regional da OSG, Chris Dravis, não se surpreende. “Neste caso particular, eles estavam usando tecnologia de ferramenta de corte de 10 anos”, diz ele. “Ao movê-los para ferramentas projetadas para caminhos de ferramenta modernos, eles conseguiram aumentar muito o engajamento do cortador, melhorando significativamente a vida útil da ferramenta e as taxas de remoção de metal. Admitidamente, há custos internos associados a eles voltarem ao cliente e dedicarem tempo para revalidar os processos, mas neste e em muitos outros casos, vale a pena.”

O gerente de distrito da OSG, Aaron Kwapniewski, concorda, observando que atualmente há mais de 6.500 fabricantes nacionais de dispositivos médicos, e continua havendo grande demanda em todos eles para reduzir prazos de entrega e cortar preços. “Se eles não estão aproveitando as ferramentas mais recentes e melhores, estão deixando dinheiro na mesa e se colocando em risco, talvez, de perder negócios para outros concorrentes”, observa.

Dan Doiron, da Emuge, teve experiências semelhantes. Ele diz que protocolos rigorosos para garantir a consistência da fabricação de implantes existem. Rastreabilidade é crítica, exigindo que as empresas documentem qual lote de material, qual máquina-ferramenta e até o tipo de fluido de corte usam para uma peça específica. “Mudar para uma marca diferente de ferramenta de corte geralmente não é permitido sem uma revisão do porquê dessa mudança ser necessária”, diz ele. “Apesar disso, muitas vezes é um mal necessário se as oficinas quiserem se manter competitivas.”

Muitas dessas peças são pequenas, caindo facilmente no território de micromecânica. Jacob Rak, engenheiro de aplicações da KYOCERA SGS, listou uma série de componentes médicos menores, desde stents e parafusos ósseos até peças para bombas cardíacas e sensores de monitoramento de respiração. Tornos CNC estilo suíço têm sido usados há muito tempo para usinar muitos destes, com centros de usinagem de 5 eixos mais comuns para fabricação de implantes.

“Peças médicas frequentemente têm geometrias únicas e são feitas de materiais difíceis, então é trabalho exigente”, diz ele. “Independentemente do que você está fazendo, você precisa do melhor equipamento que puder pagar se quiser ser competitivo.”

Eleve o Nível da Fixação de Ferramentas

Seja qual for a máquina-ferramenta, seja qual for a peça, tolerâncias apertadas e acabamentos superficiais extremamente finos significam que os fabricantes também devem elevar o nível de sua fixação de ferramentas. A necessidade de runout mínimo e rigidez máxima exige uso de mandris de contração ou hidráulicos sempre que possível. Cortadores minúsculos podem exigir investimento em cabeçotes de alta velocidade (speeder heads) para alcançar a velocidade operacional correta, e refrigerante filtrado de alta pressão é obrigatório. E sempre siga as recomendações do fabricante da ferramenta de corte — a maioria concorda que torneiros muitas vezes têm medo de forçar as ferramentas tão forte quanto deveriam, o que geralmente leva a desgaste prematuro da ferramenta.

Alguns também têm medo de investir em ferramentas de alta qualidade ou pedir ajuda para selecioná-las. Isso segundo Doiron, que observou que a Emuge — como a maioria dos fabricantes de ferramentas de corte — realiza testes científicos de graus de metal duro, revestimentos, ângulos de ataque e hélice, gashing de ponta e mais. Sim, todas essas empresas querem vender ferramentas, mas a melhor maneira de fazer isso é fornecer aos seus clientes resultados bem-sucedidos.

“Investimento na ferramenta ideal para uma aplicação pode significar a diferença entre rodar lights-out, ou até entre lucro e prejuízo”, observa ele. “Essa tem sido minha experiência, tanto como usuário final quanto aqui trabalhando na Emuge.”

Que dicas ou técnicas você pode compartilhar sobre usinagem médica? Deixe-nos saber nos comentários abaixo.