Pemesinan CNC Swiss-Style: Produksi Presisi Bor & Pagar Tulang untuk Ortopedi & Kedokteran Gigi

Mencapai Fitur Kompleks yang Presisi untuk Aplikasi Ortopedi dan Kedokteran Gigi

Dibandingkan dengan banyak peralatan medis lainnya, bor tulang memiliki struktur yang sepertinya sederhana: silinder berulir dengan kepala di satu ujung dan ujung di ujung lainnya. Namun, dapat terdapat kompleksitas yang mengejutkan dalam desain bor tulang (juga disebut pagar).

Itulah mengapa pemesinan CNC Swiss-style memainkan peran penting dalam mewujudkan desain yang memberikan bor tulang fitur dan fungsionalitas yang tepat untuk penggunaan akhirnya.

Struktur Dasar Bor Tulang

Seperti bor kayu umum yang dikenal sebagian besar orang, struktur bor tulang memiliki karakteristik dasar tertentu:

• Kepala bor adalah permukaan rata di atas yang membantu penyisipan bor.
• Ujung adalah ujung lain dari bor, berseberangan dengan kepala.
• Panjang tongkat (atau tubuh) bor diukur dari kepala hingga ujung.
• Pitch bor adalah jarak yang ditempuh bor dengan setiap putaran 360º.
• Diameter besar bor adalah ketebalan total bor dari satu puncak ulir ke puncak lain di sisi seberangnya.
• Diameter kecil adalah ketebalan bor tanpa menghitung ulir. Ini penting untuk diketahui karena lubang pilot tempat bor akan dimasukkan harus berukuran sama dengan diameter kecil.

Mengapa Bor Tulang Digunakan

Fungsi utama bor tulang adalah untuk membantu memperbaiki retakan tulang. Biasanya, bor mengubah gerakan tulang menjadi kompresi yang memegang tulang agar dapat menyembuh lebih cepat.

Penggunaan bor tulang berasal dari awal abad ke-20. Itu adalah saat bedah William O’Neill Sherman memulai pemasangan retakan tulang menggunakan plat dan bor konvensional yang dimodifikasi untuk melekat pada tulang.

Saat ini, bor tulang digunakan dalam berbagai aplikasi ortopedi dan ortodonti. Bor ortopedi terutama digunakan untuk pemasangan tulang atau membantu melekatkan jaringan lunak (seperti tendon) pada tulang. Dalam kedokteran gigi, bor tulang umumnya berfungsi sebagai pagar di atasnya sesuatu — seperti gigi tiruan — dipasang.

Seperti yang diharapkan, bor tulang modern lebih presisi dan spesialisasi daripada versi Dokter Sherman. Tidak mengejutkan, pemesinan CNC Swiss adalah metode yang sering digunakan untuk menghasilkan fitur presisi yang meningkatkan metode pemasangan bor atau kemampuan untuk melekat pada tulang atau jaringan lain.

Tulang yang Berbeda, Bor yang Berbeda

Dalam studi yang membandingkan kekuatan empat bor tulang komersial yang tersedia yang memiliki pitch yang berbeda, daya tahan bor berkaitan dengan kepadatan tulang, desain ulir, dan jumlah ulir yang melibatkan tulang. Karena berbagai jenis tulang memiliki kepadatan yang berbeda, maka masuk akal jika jenis tulang mempengaruhi desain bor.

Tulang kortikal (atau padat) membentuk lapisan luar keras dan padat tulang yang memberikan struktur pendukung pada tubuh manusia dan membantu melindungi organ dalam. Tulang yang halus, putih, dan padat ini membentuk sekitar 80% massa tubuh dewasa.

Tulang kanselus (juga dikenal sebagai tulang spons) membentuk jaringan internal tulang manusia dan biasanya ditemukan di ujung tulang lain, dekat sendi, dan di dalam vertebra. Tulang kanselus kurang padat, sedikit lebih lunak, dan lebih fleksibel daripada tulang kortikal.

Oleh karena itu, pemesinan CNC Swiss dapat digunakan untuk membuat bor yang bervariasi dalam ulir, pitch, dan fitur lain berdasarkan jenis tulang di mana mereka akan digunakan:

• Bor kortikal — juga disebut bor cortex — dirancang untuk memegang erat dan memberikan stabilitas maksimum saat dimasukkan ke dalam tulang kortikal. Bor kuat ini memiliki pitch kecil, dengan ulir yang berdekatan dan dangkal sepanjang panjangnya, dan biasanya memiliki ujung rompak. Bor kortikal biasanya tersedia dalam panjang dari 0,059” (1,5 mm) hingga 0,177” (4,5 mm).

• Bor kanselus, yang dirancang untuk pemasangan tulang kanselus, lebih panjang dan memiliki pitch yang lebih besar daripada bor kortikal. Ulir bor kanselus lebih dalam dan lebih lebar jaraknya, dan tongkat dapat berulir penuh atau hanya sebagian berulir. Bor-bor ini biasanya tersedia dalam panjang dari 0,138” (3,5 mm) hingga 0,256” (6,5 mm).

Variabel Lainnya dalam Desain Bor Tulang

Selain variasi dalam ulir dan pitch, bor tulang dapat memiliki lubang, langkah, slot, dan fitur lain yang dihasilkan berkat kemampuan presisi pemesinan CNC Swiss. Misalnya, berbagai jenis kepala bor tulang dapat dibuat untuk memenuhi kebutuhan spesifik:

• Bor untuk menyemat gigi mungkin memiliki kepala runcing di mana gigi tiruan dapat ditekan.
• Kepala bor berulir dapat digunakan untuk mengunci bor tulang dan pemasangannya (seperti plat) agar lebih stabil.
• Kepala bor sekgan umumnya digunakan untuk memungkinkan penggunaan obeng untuk pemasangan.

Bor tulang yang di-Swiss machined juga dapat memanfaatkan desain ujung berbeda yang mendukung teknik pemasangan bor yang berbeda:

• Bor non-tapping memiliki ujung bundar halus yang dimasukkan dengan membuat lubang pilot dan mengulir ulir di dalam lubang tersebut.
• Bor self-tapping memiliki fluting pemotong sehingga bor mengulir ulirnya sendiri setelah dimasukkan ke dalam lubang pilot. Misalnya, karena tulang kanselus jauh lebih rendah kepadatannya daripada tulang kortikal, bor kanselus adalah self-tapping — yaitu, ia memotong jalurnya di dalam tulang saat bor dimasukkan.
• Bor self-drilling dapat dimasukkan seperti adanya, tanpa lubang pilot atau persiapan lain yang diperlukan. Bor menciptakan lubang pilotnya sendiri dan juga self-tapping.

Keuntungan Desain Bor Unik

Perusahaan peralatan medis mungkin juga muncul dengan variasi desain bor tulang mereka sendiri untuk menciptakan sesuatu yang unik yang membedakan mereka dan memberikan keuntungan kompetitif.

Selain menjadi manfaat bagi pabrikan pagar, desain proprietary yang dapat dipatenkan menciptakan peluang — dan tantangan — bagi pemesinan gaya CNC Swiss untuk membuat yang mungkin merupakan desain yang sangat kompleks. Misalnya, bentuk yang lebih rumit adalah contoh sempurna di mana teknik segmentasi dalam pemesinan Swiss memungkinkan bengkel mesin yang lebih canggih untuk memenuhi kebutuhan desain kompleks pelanggan.

Prinsip pedoman lain — merancang peralatan medis dengan konstruksi satu bagian — seringkali dapat membuat suatu bagian lebih kompleks dari sudut pandang pemesinan. Menanggapi tantangan ini, pemesinan Swiss dapat membantu pabrikan mencapai desain satu komponen yang meminimalkan risiko perangkat terlepas atau ada yang salah karena kegagalan salah satu dari beberapa bagian.

Selain itu, modifikasi permukaan berbeda (lihat di bawah) dapat ditambahkan pada bor tulang, setelah pemesinan, untuk memberikan dampak positif pada pertumbuhan dan penyerapan tulang, lebih memisahkan desain pagar tertentu dari opsi pabrikan lain

Pertimbangan Bahan Spesifik untuk Bor Tulang

Bor tulang dan pagar untuk penggunaan ortopedi dan kedokteran gigi telah terbuat dari logam aloi selama lebih dari satu abad. Itu berarti telah banyak waktu untuk mempelajari bahan mana yang memberikan campuran yang tepat antara kekuatan tinggi, resistensi korosi, dan kompatibilitas biologis.

Pabrikan saat ini umumnya memilih bahan grade implant yang memenuhi spesifikasi American Society for Testing and Materials (ASTM) atau ISO. Oleh karena itu, pembuatan bor tulang dengan fitur dan fungsionalitas yang benar memerlukan kemampuan untuk memesin Swiss berbagai macam bahan yang berbeda, dengan setiap bahan memiliki karakteristik uniknya.

Sementara stainless steel populer dalam peralatan medis dan dapat digunakan untuk bor tulang, beberapa dekade terakhir telah melihat kenaikan penggunaan titanium dan berbagai logam spesial yang dipilih untuk karakteristik dan keuntungan uniknya.

Misalnya, titanium — yang tersedia dalam versi murni dan alloil — sering digunakan ketika tujuan adalah berat ringan dan kekuatan tinggi atau ketika sebuah perangkat perlu bertemu atau terhubung dengan komponen titanium lainnya. Bor titanium sering digunakan saat mengobati retakan rahang bawah.

Alloil titanium Ti-6Al-4V ELI (titanium-6aluminum-4vanadium extra low interstitials) ringan, tahan korosi, kuat, dan kompatibel biologis. Kontrol ketat selama proses peleburan menghasilkan bahan dengan duktibilitas dan kekuatan tambahan, menjadikan titanium ELI pilihan yang populer dan awet untuk bor tulang dan peralatan medis lainnya.

Nitinol (NiTi) kadang-kadang dipilih karena kemampuannya menahan stres tinggi tanpa deformasi. Itu berarti dapat digunakan untuk aplikasi di mana bor tulang atau perangkat lain perlu meregang dan berubah sedikit tanpa mengambil set permanen.

Bahan lain yang kuat dan kompatibel biologis yang sering digunakan secara bergantian dalam pemesinan Swiss bor tulang dan pagar meliputi:

• MP35N^® dan alloil 35N LT^® serupa (low titanium), yang merupakan peleburan MP35N dengan jumlah jejak titanium yang dihapus, memberikan umur lelah yang lebih baik
• L605 
• 316LVM 
• Elgiloy^®, Conichrome^®, dan alloil lain yang ditentukan oleh ASTM F1058 dan ISO 5832-7

Perlakuan Permukaan untuk Mempromosikan Osseointegrasi

Finishing permukaan adalah topik yang sangat penting di sini di Metal Cutting. Untuk bor tulang dan pemesinan Swiss, perlakuan permukaan adalah topik unik. 

Sementara beberapa bor tulang bersifat sementara dan akhirnya akan dikeluarkan, sebagian besar dipasang untuk tetap. Ternyata, finishing permukaan bor memiliki banyak hal yang berhubungan dengan promosi pertumbuhan tulang sehingga bor firmly embedded dan tumbuh tulang di sekelilingnya.

Sementara ilmuwan terus bekerja untuk mengembangkan lapisan khusus yang dapat diterapkan untuk mempromosikan osseointegrasi (baca tentang satu contoh), pabrikan bor telah menemukan bahwa finishing yang lebih kasar dan jenis permukaan yang berbeda dapat membantu mempromosikan pertumbuhan tulang. 

Penemuan sintering laser langsung (juga dikenal sebagai 3D metal printing) memungkinkan tingkat porositas yang sebelumnya tidak tercapai, melewati sekadar finishing permukaan yang kasar dan mempromosikan osseointegrasi. Itulah mengapa manufaktur 3D mungkin sangat well menjadi masa depan bor tulang dan banyak aplikasi peralatan medis lainnya.

Namun, sebagian besar bahan yang digunakan untuk membuat bor tulang ortopedi dan pagar gigi tidak dapat diperlakukan termal. Sebaliknya, mereka mendapatkan kekuatannya dari cold working, yang merupakan sesuatu yang tidak dapat Anda lakukan dengan 3D metal printing.

Itu berarti Anda masih harus memulai dengan batang atau kawat yang di-Swiss machined sebelum sintering laser!

Pemesinan Swiss vs. 3D Laser Printing untuk Bor Tulang?

Sementara printer logam 3D akan mengatakan mereka dapat melakukan apapun, cold working adalah antara tantangan yang harus mereka atasi sebelum semua aplikasi bor tulang dapat dicetak 3D. Sampai saat itu, pemesinan gaya Swiss memiliki keuntungan memulai dengan bahan cold work sebagai bar stock.

Magia dari pencetakan 3D adalah bahwa, sebagai proses aditif, ia dapat menghasilkan ruang kosong — sesuatu yang, untuk kejenjangan ringan dan porositas, adalah keuntungan yang tidak dapat dicocokkan oleh pemesinan Swiss. Namun, untuk ulir, lubang, langkah, dan fitur lain yang mungkin krusial bagi fungsi bor, proses aditif dan pengurangan sama-sama menghasilkan hasil dimensi yang sama.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang atribut dan keuntungan pemutaran gaya CNC Swiss untuk peralatan medis Anda atau aplikasi lain, unduh panduan gratis kami Swiss Machine FAQs.