Metodi di produzione complessi per la tecnologia medica

Dec 25, 2023

Molte aziende manifatturiere stanno espandendo i propri portafogli di prodotti e offerte di servizi per attirare una base di clienti più ampia. Ciò offre alle aziende di produzione una maggiore indipendenza da settori come l’industria automobilistica o aerospaziale. La tecnologia medica è un esempio di tale espansione del mercato, sebbene presenti un’ampia gamma di sfide.

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Metav 2022, Salone Internazionale delle Tecnologie per la Lavorazione dei Metalli, riflette l'importanza del settore delle tecnologie mediche dotandolo di una propria area dedicata. Dall'8 all'11 marzo 2022 ricercatori ed esperti delle aziende espositrici a Düsseldorf forniranno approfondimenti pratici e teorici.

"Lo sviluppo dinamico della tecnologia medica è inarrestabile. Le esigenze poste ai produttori e, di conseguenza, ai loro fornitori, sono in costante aumento. I prodotti progettati per l'uso nel corpo umano stanno diventando sempre più piccoli, meno invasivi, più precisi, più sicuri e migliori tollerato", afferma Markus Horn, amministratore delegato della Paul Horn di Tubinga. Queste sono solo alcune delle esigenze che i produttori di prodotti medicali devono affrontare quotidianamente. In qualità di produttore di utensili, Paul Horn è ben qualificato per affrontare queste sfide e sviluppa costantemente nuove soluzioni di utensili e strategie di produzione per l'industria della tecnologia medica: dalle microfrese per la produzione di delicati impianti spinali in titanio fino agli utensili di scanalatura per la corpo pompa in alluminio di una macchina cuore-polmone.

Horn espande continuamente il proprio know-how nel campo delle tecnologie degli strumenti medici. Un buon esempio qui è la tecnologia vorticosa. Elevati volumi di truciolo asportato, filettature lunghe con finiture di alta qualità, profili di filettatura profondi, trucioli metallici corti, filettature a più principi e bassi livelli di carico dell'utensile sono i principali vantaggi del processo di rotazione. Tuttavia, questi sono controbilanciati da varie sfide tecniche. Un aspetto importante sono i materiali utilizzati nelle viti ossee negli impianti. I taglienti delle piastre vorticose sono soggetti a carichi molto elevati durante la lavorazione del titanio, dell'acciaio inossidabile e di altre superleghe. Horn perfeziona costantemente la propria tecnologia per contrastare l'usura del tagliente con elevate velocità di asportazione dei trucioli e tempi di lavorazione brevi. Markus Horn: "Anche per noi la tecnologia medica avrà un ruolo centrale alla Metav 2022 di Düsseldorf. Oltre ai prodotti rotanti presenteremo anche le nostre soluzioni per la produzione di impianti, strumenti e dispositivi medici."

Secondo il Prof. Oliver Riedel e il Prof. Alexander Verl, direttori dell'Istituto di tecnologia di controllo delle macchine utensili e dei sistemi di produzione (ISW) dell'Università di Stoccarda, "Il nostro compito come ingegneri è sviluppare tecnologie al servizio dell'uomo. La tecnologia medica gioca un ruolo molto speciale qui." La bioprinting, ad esempio, è un nuovo tipo di tecnologia. Il suo scopo è produrre strutture di tessuto biologico per sostituire il tessuto malato del paziente. Presso l’ISW è in corso la ricerca su un’applicazione di stampa 3D per curare l’osteoartrosi del ginocchio utilizzando impianti cartilaginei personalizzati. I ricercatori stanno approfittando del fatto che la produzione additiva può essere utilizzata per produrre componenti complessi le cui strutture interne possono essere definite da composizioni di materiali graduate.

Presso l'ISW (parte della WGP – Associazione accademica tedesca per la tecnologia di produzione – un'associazione di accademici leader del settore) viene sviluppata una catena di processo continua dalla scansione MRI del ginocchio del paziente fino all'impianto personalizzato finito. I dati di scansione vengono utilizzati per generare una geometria sostitutiva per la sezione difettosa. Questa geometria può essere utilizzata per calcolare percorsi spazialmente curvi per il processo di stampa. Il programma NC viene quindi eseguito su un sistema di stampa a 7 assi. Una testina di stampa appositamente sviluppata è stata abbinata a un sistema di controllo CNC dotato di feed forward con funzionalità in tempo reale. Compensa il comportamento di tracciamento non lineare del processo di stampa basato sull'estrusione. Il materiale è costituito da una soluzione di gelatina modificata con metacrilato, che viene indurita mediante LED UV. Le colture cellulari coltivate in un bioreattore vengono sciolte nell'equivalente cartilagineo prima di essere impiantate. I biomateriali vengono sviluppati presso l’Istituto di ingegneria dei processi interfacciali e tecnologia del plasma (IGVP) e l’Istituto Fraunhofer per l’ingegneria e la biotecnologia interfacciali (IGB) di Stoccarda. Metav 2022 dedicherà aree separate a entrambi i campi futuri: la produzione medica e quella additiva.