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Tudo o que você deve saber sobre usinagem CNC de peças médicas
A indústria de dispositivos médicos é uma indústria que não permite erros. Qualquer operação imprópria afetará a vida e a saúde das pessoas. Envolve vastas linhas de produção que vão desde facas cirúrgicas a articulações artificiais e grandes equipamentos de diagnóstico, exigindo dimensões precisas, materiais reais e tratamentos de superfície especificados. Com as vantagens de tolerâncias apertadas, excelente acabamento superficial e compatibilidade com centenas de materiais, a usinagem CNC é um dos processos de usinagem ideais para peças médicas usinadas sob medida.
Vantagens da usinagem CNC de peças médicas
A usinagem CNC é um processo de fabricação subtrativo de uso geral no qual peças ou conjuntos médicos fabricados são cortados de materiais. A tecnologia é tão avançada que o arquivo de desenho auxiliado por computador (CAD) guia a máquina-ferramenta CNC ao longo do caminho correto, substitui a ferramenta e corta o material com precisão para produzir excelentes equipamentos, ferramentas e peças médicas, que são amplamente utilizadas em cirurgia , equipamentos odontológicos, equipamentos de diagnóstico, etc.
Rápido. Comparado com a moldagem por injeção, o usinagem CNC não requer moldes adicionais, apenas algumas configurações na máquina e a conversão de arquivos CAD em código G. A máquina-ferramenta CNC inicia o programa de corte rapidamente, seguindo as instruções, e geralmente consegue fabricar peças complexas em poucas horas. Os moldes, por outro lado, levam semanas ou até meses para serem produzidos. Os testes médicos costumam ser mais urgentes. Por exemplo, com a atual pandemia de COVID-19 se alastrando pelo mundo, a demanda por equipamentos de teste aumentou consideravelmente. A usinagem CNC pode fornecer peças médicas ou protótipos de alta qualidade em um curto período de tempo, permitindo que os produtos cheguem ao mercado o mais rápido possível.
Sem limite de quantidade. Durante o processo de usinagem, a máquina CNC pode identificar se deve processar uma peça ou fabricar várias. Comparado a outros processos de fabricação, o custo de produção de uma peça é muito menor. A produção de peças únicas ou personalizadas é comum na área médica, como dispositivos médicos especializados, aparelhos e outros componentes médicos. A usinagem CNC é muito vantajosa nesse aspecto. Por exemplo: diferentes estruturas do corpo humano requerem diferentes auxílios médicos, e é por isso que a usinagem CNC é uma das razões para a fabricação de próteses, sem exigência de quantidade mínima de pedido.
Compatível com diversos materiais. Seja aço inoxidável de alta resistência e tenacidade, liga de titânio, liga de alumínio ou mesmo liga de níquel-molibdênio, ou plásticos de engenharia como PEEK, Teflon, etc., o processamento CNC é perfeitamente compatível, e centenas de materiais podem ser selecionados para a fabricação de peças médicas ou protótipos. Comparado com a impressão 3D, a escolha de materiais é mais ampla.
Tolerâncias rigorosas. Normalmente, equipamentos ou peças médicas exigem tolerâncias rigorosas, o que não é difícil para a usinagem CNC, especialmente a usinagem CNC de 5 eixos, que pode fabricar peças com uma tolerância de 0.005 mm, atendendo aos requisitos de precisão da maioria das peças médicas e reduzindo o risco.
Excelente acabamento superficial. Comparadas com a impressão 3D, as peças fabricadas por usinagem CNC geralmente apresentam excelente acabamento superficial, praticamente sem necessidade de reprocessamento manual, resultando em uma superfície extremamente lisa.
O processo de usinagem CNC de peças médicas
Fresagem CNC. Para maior conveniência, os serviços de fresagem CNC de 5 eixos são totalmente capazes de fabricar peças de qualquer formato, frequentemente com as geometrias complexas presentes em dispositivos médicos. A usinagem CNC de 5 eixos refere-se à usinagem simultânea em 5 eixos, e não a 3+2 eixos ou 4+1 eixos. Embora muitos fabricantes anunciem oferecer serviços de usinagem CNC de 5 eixos, confirme se eles realmente podem fornecer serviços de usinagem CNC simultânea em 5 eixos.
Fresagem CNC
Torneamento CNC
Torneamento CNC. O torneamento CNC permite processar peças com simetria precisa, como eixos, peças cilíndricas, etc. Os processos de torneamento CNC incluem corte, recartilhamento, faceamento, conformação, rosqueamento, brochamento, furação e mandrilamento.
Usinagem CNC tipo suíço/microusinagem. Os tornos CNC tipo suíço podem girar peças em 7, 9 ou até mais de 12 eixos para fabricar componentes médicos críticos de pequeno porte, como agulhas, pregos, parafusos ósseos, âncoras de sutura, stents, clipes, cateteres e muito mais, em uma fração do tempo. Peças médicas usinadas em tornos CNC tipo suíço com tolerâncias rigorosas e precisas.
Inspeção de qualidade – inspeção tridimensional. Componentes médicos ou protótipos devem passar por verificações de qualidade após o processamento. A máquina de medição por coordenadas (MMC) se move ao longo dos eixos X, Y e Z em um laboratório com umidade e temperatura controladas, e detecta as tolerâncias das peças médicas por meio de diversos métodos visuais ou de contato. Ela precisa atender plenamente aos requisitos de precisão dos modelos CAD e desenhos 2D, além de cumprir os requisitos de confiabilidade e segurança.
Limite de tamanho geral de peças médicas de usinagem CNC
Atualmente, a usinagem CNC de última geração e outras tecnologias de fabricação, como impressão 3D e moldagem por injeção, ainda apresentam certas limitações. A usinagem CNC de peças médicas também possui certas limitações de tamanho, nem todas as peças médicas requerem uma tolerância rígida de +/- 0.0001 mm.
Formação e dobra: +/- 0.4 mm
Dobra: +/- 0.2 mm
Dimensões lineares: +/- 0.1 mm
Diâmetros com inserções: +0.06mm / -0.0mm
Angularidade: +/- 2°
Rugosidade da Superfície: Ra 100 uin max
Materiais para fabricação CNC de peças médicas ou protótipos
Os materiais médicos devem ter um alto grau de resistência e resistência à corrosão e ser facilmente esterilizados e limpos. Os mais comuns são aço inoxidável, liga de titânio, liga de alumínio, liga de magnésio, liga de níquel-titânio, etc. Com base em mais de 20 anos de experiência e exploração prática, DDPROTOTYPE, um dos principais fabricantes de protótipos na China, resume os materiais comuns adequados para tecnologia de processamento CNC para fabricar peças médicas, como segue.
Aço inoxidável 316/L. O aço inoxidável 316/L é altamente resistente à corrosão e é um material comumente usado em dispositivos médicos.
Aço inoxidável 304. O aço inoxidável 304 possui resistência à corrosão e boa usinabilidade. É um dos materiais mais utilizados na fabricação de peças médicas, porém não pode ser tratado termicamente. Caso seja necessário um aço inoxidável mais duro, o aço inoxidável 18-8 é mais indicado.
Aço inoxidável 17-4. O aço inoxidável 17-4, comumente usado em equipamentos médicos, é uma liga de aço inoxidável de alta resistência e resistente à corrosão, que pode ser tratada termicamente.
Titânio grau 2. O titânio grau 2 é um material de titânio não ligado, de alta pureza, que apresenta alta resistência, leveza e alta condutividade térmica.
Titânio grau 5, como o Ti-6Al-4V , que possui excelente relação resistência/peso, boa resistência à corrosão, soldabilidade, biocompatibilidade, flexibilidade e não toxicidade, sendo uma das ligas de titânio mais comuns e amplamente utilizada na fabricação de implantes humanos, como membros artificiais, articulações humanas, etc.
Nitinol® : O nitinol é uma liga de titânio e níquel, que tem sido altamente reconhecida pela comunidade médica nos últimos anos. Possui memória de forma, excelente coeficiente de amortecimento, biocompatibilidade e elasticidade, sendo muito adequado para a fabricação de diversos tipos de equipamentos médicos.
Liga de cobalto-cromo . O cobalto-cromo (Co-Cromo) é uma liga metálica de alta resistência composta por cobalto e cromo. É outro metal biocompatível e tornou-se um dos materiais aprovados para implantes dentários e ortopédicos.
Liga de magnésio. A liga de magnésio é um metal leve, biocompatível e amplamente utilizado na fabricação de stents cardíacos.
Liga de alumínio. As ligas de alumínio, como o alumínio 6061-T6, tornaram-se o principal material para a fabricação de diversos dispositivos médicos. Elas são resistentes, leves, resistentes à corrosão e maleáveis. Além disso, as peças ou protótipos de alumínio são muito econômicos e têm um ótimo custo-benefício. O alumínio anodizado pode melhorar ainda mais a resistência à corrosão e a resistência mecânica, e uma variedade de cores pode aprimorar a estética.
Outros materiais metálicos. Inclui latão, bronze, cobre, gama, Hastelloy, Inconel, Invar, manganês, molibdênio, Monel, níquel, nitrocelulose, platina, estelite, Waspaloy, zinco e muitas outras superligas, etc.
Materiais plásticos médicos comuns têm resistência à umidade e boas propriedades térmicas e também devem ser esterilizados por alta temperatura, raios gama ou óxido de etileno. Em comparação com os metais, os plásticos não são magnéticos e não interferem nos resultados do diagnóstico e são comumente usados em equipamentos de testes médicos.
Delrin . O Delrin é uma resina não absorvente, resistente ao desgaste e com baixo coeficiente de atrito.
Policarbonato (PC). O PC possui excelentes propriedades mecânicas e estruturais, com resistência à tração quase duas vezes maior que a do ABS.
PEEK. Geralmente usado como substituto para peças metálicas, o PEEK é resistente à corrosão e ao desgaste, possui excelente resistência à tração e pode operar sob alta temperatura e alta pressão.
UHMWPE. O UHMWPE possui baixo coeficiente de atrito, resistência a impactos, resistência química e não absorve água, sendo, portanto, um material de uso geral.
PTFE (Teflon). O PTFE pode operar em temperaturas extremas, possui excelente resistência química, é um excelente isolante e é um dos materiais mais utilizados na fabricação de peças ou protótipos médicos.
Carolete G-10. O Garolite G-10 é um material alternativo para peças metálicas médicas, possuindo alta resistência, baixa absorção de água e não sendo magnético.
Processo de tratamento de superfície de peças médicas CNC
Como as peças ou produtos médicos estão em contato próximo com o corpo humano, é necessário o processo de tratamento de superfície mais seguro e ecológico.
Anodização . Através da passivação eletrolítica, uma fina camada de óxido metálico pode ser formada na superfície de peças médicas usinadas por CNC para proteger o metal e melhorar ainda mais a resistência à corrosão e ao desgaste. Existem diversas opções de cores, além de melhorar a resistência à corrosão e à abrasão. Este processo é mais amplamente utilizado em peças médicas de liga de alumínio. Aço inoxidável, cobre, titânio, ligas de zinco e ligas de magnésio também podem ser anodizados.
Anodização
Passivação
Passivação. A passivação é frequentemente utilizada em aço e aço inoxidável. A solução ácida remove o ferro livre e o ferro ferroso da superfície, aumentando ainda mais a resistência à corrosão e a produtos químicos do aço e do aço inoxidável, prevenindo a ferrugem.
Galvanoplastia. O revestimento, geralmente de níquel ou cromo, forma uma fina camada na superfície do metal que aumenta a espessura de peças pequenas, previne a ferrugem e melhora a resistência à corrosão.
Polimento . A superfície de peças médicas é friccionada ou submetida a tratamento químico para torná-la extremamente lisa e obter um efeito espelhado.
Pintura em spray. Pintura em spray com pigmentos na superfície de peças médicas para melhorar a estética e evitar corrosão ou oxidação. É frequentemente aplicada em peças metálicas, como alumínio e aço inoxidável, bem como em diversas peças de plástico de engenharia.
Aplicação de equipamentos médicos de usinagem CNC
Implantes médicos. A usinagem CNC de peças para implantes corporais é um grande avanço na área médica, como próteses de quadril, implantes de quadril, implantes de coluna, implantes de joelho e muito mais. Os materiais mais comuns são: liga de titânio, liga de cobalto-cromo, aço inoxidável, PEEK, etc.
Instrumentos cirúrgicos. A alta precisão e o design impecável dos instrumentos cirúrgicos podem determinar o sucesso ou o fracasso de um procedimento, exigindo, por vezes, tolerâncias mais rigorosas, como +/- 0.002 mm. Os instrumentos cirúrgicos comumente fabricados por CNC incluem: espaçadores, clipes, alicates, bisturis, tesouras cirúrgicas, cabos de peças, serras, pinças, espaçadores, etc. Os materiais geralmente selecionados são: aço inoxidável, especialmente AISI 316L, liga de titânio, etc.
Equipamentos médicos eletrônicos. Muitos dispositivos médicos eletrônicos são frequentemente compostos por milhares de peças usinadas por CNC, incluindo interruptores, botões, invólucros eletrônicos e muito mais. Alguns exemplos de dispositivos médicos eletrônicos incluem: monitores de frequência cardíaca, aparelhos de ressonância magnética e de raio-X, equipamentos de ultrassom, tomógrafos computadorizados, equipamentos de diagnóstico, monitores e muito mais.
Certificação de Oficinas de Usinagem CNC
Fabricar peças médicas ou protótipos não é o mesmo que fabricar peças para outras indústrias. A maioria das peças comuns de metal ou plástico só precisa seguir os requisitos da gestão de qualidade ISO 9001, mas a fabricação de peças médicas também deve atender a outros padrões. De acordo com os padrões internacionais, as organizações envolvidas no projeto médico, desenvolvimento, produção, armazenamento, distribuição, instalação ou reparo devem demonstrar a capacidade de “fornecer dispositivos médicos e serviços relacionados que atendam consistentemente aos requisitos do cliente e aos requisitos regulamentares aplicáveis”.
ISO 9001: A ISO 9001 é aplicável a diversos setores e é uma norma geral para controle de qualidade. Ela ajuda a minimizar custos e a promover o crescimento da empresa.
ISO 13485: Esta norma enfatiza a supervisão do processo de usinagem CNC de peças médicas e padroniza o processo de fabricação. Os detalhes desta norma são mais rigorosos do que os da ISO 9001, incluindo aspectos como verificação de processos, gestão de riscos e controle de qualidade.
ISO 14001: Semelhante à ISO 5001, é uma diretriz que estabelece que a usinagem CNC de peças médicas pode reduzir o consumo de energia e a geração de resíduos.
A usinagem CNC está se tornando cada vez mais popular na área médica. É um processo de fabricação ideal para fabricar peças de dispositivos médicos com estruturas complexas e materiais duros. Especialmente, a usinagem simultânea de 5 eixos fez contribuições notáveis para a fabricação de vários implantes ortopédicos e dentários.
