Pemesinan Swiss untuk Sekrup dan Jangkar Tulang

Mencapai Fitur yang Tepat dan Kompleks untuk Aplikasi Ortopedi dan Gigi

Dibandingkan dengan banyak perangkat medis lainnya, sekrup tulang memiliki struktur yang tampaknya sederhana:silinder berulir dengan kepala di satu ujung dan ujung di ujung lainnya. Namun, mungkin ada kerumitan yang mengejutkan dalam desain sekrup tulang (juga disebut jangkar).

Itulah sebabnya pemesinan presisi CNC bergaya Swiss memainkan peran penting dalam mewujudkan desain yang memberikan fitur dan fungsionalitas yang tepat bagi sekrup tulang untuk penggunaan akhirnya.

Struktur Dasar Sekrup Tulang

Seperti sekrup kayu pada umumnya, struktur sekrup tulang memiliki karakteristik dasar tertentu:

• Kepala sekrup adalah bagian atas, permukaan rata yang membantu memasukkan sekrup.
• Kiat adalah ujung sekrup yang lain, berlawanan dengan kepala.
• Panjang poros (atau badan) sekrup diukur dari kepala hingga ujungnya.
• Lapangan dari sekrup adalah jarak yang ditempuh oleh sekrup dengan setiap putaran 360º.
• Diameter utama sekrup adalah ketebalan total sekrup dari satu puncak ulir ke puncak lainnya di sisi yang berlawanan.
• Diameter kecil adalah ketebalan sekrup tidak termasuk ulir. Hal ini penting untuk diketahui karena lubang pilot tempat sekrup akan dimasukkan harus berukuran sama dengan diameter minor.

Mengapa Sekrup Tulang Digunakan

Fungsi utama dari bone screw adalah untuk membantu memperbaiki patah tulang. Biasanya, sekrup mengubah kekuatan gerakan tulang menjadi kompresi yang menahan tulang pada tempatnya sehingga dapat sembuh lebih cepat.

Penggunaan sekrup tulang sudah ada sejak awal abad kedua puluh. Saat itulah ahli bedah William O'Neill Sherman mempelopori fiksasi patah tulang menggunakan pelat dan sekrup konvensional yang ia modifikasi untuk dipasang ke tulang.

Saat ini, sekrup tulang digunakan dalam berbagai aplikasi ortopedi dan ortodontik. Sekrup ortopedi digunakan sebagian besar untuk fiksasi tulang atau membantu menempelkan jaringan lunak (seperti tendon) ke tulang. Dalam kedokteran gigi, sekrup tulang umumnya berfungsi sebagai jangkar di mana sesuatu yang lain — seperti gigi pengganti — diikat.

Seperti yang diharapkan, sekrup tulang modern lebih presisi dan terspesialisasi daripada versi Doc Sherman. Tidak mengherankan, pemesinan CNC Swiss adalah metode yang sering digunakan untuk menghasilkan fitur presisi yang meningkatkan metode fiksasi sekrup atau kemampuan untuk melekat pada tulang atau jaringan lain.

Beda Tulang, Beda Sekrup

Dalam sebuah penelitian yang membandingkan kekuatan empat sekrup tulang yang tersedia secara komersial yang memiliki pitch berbeda, daya tahan sekrup berkorelasi dengan kepadatan tulang, desain ulir, dan jumlah ulir yang mengikat tulang. Karena berbagai jenis tulang memiliki kepadatan yang berbeda, maka masuk akal jika jenis tulang tersebut berdampak pada desain sekrup.

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

Tulang cancellous (juga dikenal sebagai tulang spons) membentuk jaringan jaringan internal tulang manusia dan umumnya ditemukan di ujung tulang lain, dekat sendi, dan di dalam tulang belakang. Tulang cancellous kurang padat, agak lebih lembut, dan lebih fleksibel daripada tulang kortikal.

Oleh karena itu, permesinan CNC Swiss dapat digunakan untuk membuat sekrup yang bervariasi dalam ulir, pitch, dan fitur lainnya berdasarkan jenis tulang yang akan digunakan:

• Sekrup kortikal — juga disebut sekrup korteks — dirancang untuk memegang erat dan memberikan stabilitas maksimum saat dimasukkan ke dalam tulang kortikal. Sekrup yang kuat ini memiliki nada kecil, dengan jarak yang rapat, ulir dangkal di sepanjang panjangnya, dan biasanya memiliki ujung yang tumpul. Sekrup kortikal biasanya memiliki panjang mulai dari 0,059” (1,5 mm) hingga 0,177” (4,5 mm).

• Sekrup yang dapat dibatalkan , yang dirancang untuk fiksasi tulang kanselus, lebih panjang dan memiliki nada yang lebih besar daripada sekrup kortikal. Ulir sekrup kansel dipotong lebih dalam dan diberi jarak yang lebih lebar, dan poros dapat diulir sepenuhnya atau hanya sebagian diulir. Sekrup umumnya memiliki panjang dari 0,138” (3,5 mm) hingga 0,256” (6,5 mm).

Variabel Lain dalam Desain Sekrup Tulang

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

• Sekrup untuk penahan gigi mungkin memiliki kepala meruncing yang dapat digunakan untuk menekan gigi pengganti.
• Kepala sekrup berulir dapat digunakan untuk mengunci sekrup tulang dan pemasangannya (seperti pelat) pada tempatnya, untuk stabilitas yang lebih baik.
• Kepala sekrup heksagonal biasanya digunakan untuk memungkinkan penggunaan obeng untuk penyisipan.

Sekrup tulang mesin Swiss juga dapat memanfaatkan desain ujung yang berbeda yang mendukung teknik penyisipan sekrup yang berbeda:

• Sekrup tanpa sadap memiliki ujung bulat halus yang dimasukkan dengan membuat lubang pilot dan mengetuk benang di dalam lubang.
• Sekrup self-tapping memiliki seruling pemotong sehingga sekrup mengetuk ulirnya sendiri setelah dimasukkan ke dalam lubang pilot. Misalnya, karena tulang kanselus jauh lebih padat daripada tulang kortikal, sekrup kanselus dapat menyadap sendiri — yaitu, memotong jalurnya di tulang saat sekrup dimasukkan.
• Sekrup pengeboran sendiri dapat dimasukkan apa adanya, tanpa lubang pilot atau persiapan lain yang diperlukan. Sekrup membuat lubang pilotnya sendiri dan juga dapat disadap sendiri.

Keunggulan Desain Sekrup Unik

Perusahaan perangkat medis juga dapat membuat variasi desain sekrup tulang mereka sendiri untuk menciptakan sesuatu yang unik yang membedakan mereka dan memberikan keunggulan kompetitif.

Selain bermanfaat bagi produsen jangkar, desain eksklusif yang dapat dipatenkan menciptakan peluang — dan tantangan — bagi pemesinan gaya Swiss CNC untuk membuat desain yang mungkin sangat kompleks. Misalnya, bentuk yang lebih rumit adalah contoh sempurna di mana teknik segmentasi dalam permesinan Swiss memungkinkan bengkel mesin yang lebih canggih untuk memenuhi kebutuhan desain pelanggan yang kompleks.

Prinsip panduan lainnya — merancang perangkat medis dengan konstruksi satu bagian — sering kali dapat membuat bagian menjadi lebih kompleks dari sudut pandang pemesinan. Menjawab tantangan ini, pemesinan Swiss dapat membantu produsen mencapai desain komponen tunggal yang meminimalkan risiko perangkat pecah atau terjadi kesalahan karena kegagalan salah satu dari beberapa bagian.

Selain itu, modifikasi permukaan yang berbeda (lihat di bawah) dapat ditambahkan ke sekrup tulang, pasca-pemesinan, untuk memiliki dampak positif pada pertumbuhan dan pelekatan tulang, yang selanjutnya membuat desain jangkar tertentu terpisah dari opsi pabrikan lain

Pertimbangan Material Khusus untuk Sekrup Tulang

Sekrup tulang dan jangkar untuk penggunaan ortopedi dan gigi telah dibuat dari paduan logam selama lebih dari satu abad. Artinya, ada banyak waktu untuk mempelajari bahan mana yang menghasilkan campuran yang tepat antara kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan biokompatibilitas.

Pabrikan saat ini umumnya memilih bahan tingkat implan yang memenuhi spesifikasi American Society for Testing and Materials (ASTM) atau ISO. Oleh karena itu, membuat sekrup tulang dengan fitur dan fungsi yang benar memerlukan kemampuan untuk mengolah berbagai macam bahan dari Swiss, dengan masing-masing bahan memiliki karakteristik uniknya sendiri.

Sementara baja tahan karat populer di perangkat medis dan dapat digunakan untuk sekrup tulang, beberapa dekade terakhir telah terlihat peningkatan penggunaan titanium dan berbagai logam khusus yang dipilih karena karakteristik dan keunggulannya yang unik.

Misalnya, titanium — yang tersedia dalam versi murni dan paduan — sering digunakan saat sasarannya ringan dan kekuatannya tinggi atau saat perangkat perlu dikawinkan atau dihubungkan ke komponen titanium lain. Sekrup titanium sering digunakan saat merawat fraktur mandibula.

Paduan titanium Ti-6Al-4V ELI (titanium-6aluminium-4vanadium ekstra rendah interstisial) ringan, tahan korosi, kuat, dan biokompatibel. Kontrol yang ketat selama proses peleburan menghasilkan material dengan keuletan dan kekuatan tambahan, menjadikan titanium ELI pilihan yang populer dan tahan lama untuk sekrup tulang dan perangkat medis lainnya.

Nitinol (NiTi) kadang-kadang dipilih karena kemampuannya untuk menahan sejumlah besar stres tanpa deformasi. Itu berarti dapat digunakan untuk aplikasi di mana sekrup tulang atau perangkat lain perlu diregangkan dan diubah sedikit tanpa mengambil set permanen.

Bahan berkekuatan tinggi dan biokompatibel lainnya yang sering digunakan secara bergantian dalam pemesinan sekrup dan angkur tulang Swiss meliputi:

• MP35N ^® dan 35N LT ^® . yang serupa (titanium rendah), yang merupakan lelehan MP35N dengan jumlah jejak titanium yang dihilangkan, sehingga memberikan masa pakai yang lebih baik
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® , Conichrome ^® , dan paduan lainnya yang ditentukan oleh ASTM F1058 dan ISO 5832-7

Perawatan Permukaan untuk Mempromosikan Osseointegrasi

Permukaan akhir adalah topik yang sangat penting di sini di Metal Cutting. Untuk sekrup tulang dan pemesinan Swiss, perawatan permukaan adalah topik yang unik.

Sementara beberapa sekrup tulang bersifat sementara dan dengan demikian, akhirnya dilepas, sebagian besar dipasang pada tempatnya. Ternyata, permukaan akhir sekrup sangat berkaitan dengan mendorong pertumbuhan tulang sehingga sekrup tertanam kuat dan tulang tumbuh di sekitarnya.

Sementara para ilmuwan terus bekerja untuk mengembangkan lapisan khusus yang dapat diterapkan untuk mempromosikan osseointegrasi (baca tentang satu contoh), produsen sekrup telah menemukan bahwa hasil akhir yang lebih kasar dan berbagai jenis permukaan lainnya dapat membantu mendorong pertumbuhan tulang.

Penemuan sintering laser langsung (atau dikenal sebagai pencetakan logam 3D) memungkinkan tercapainya tingkat porositas yang sebelumnya tidak dapat dicapai, melampaui hanya permukaan akhir yang kasar dan mempromosikan osseointegrasi. Itulah sebabnya manufaktur 3D mungkin menjadi masa depan sekrup tulang dan banyak aplikasi perangkat medis lainnya.

Namun, sebagian besar bahan yang digunakan untuk membuat sekrup tulang ortopedi dan jangkar gigi tidak dapat diolah dengan panas. Sebaliknya, mereka mendapatkan kekuatannya dari pengerjaan dingin, yang tidak dapat Anda lakukan dengan pencetakan logam 3D.

Itu berarti Anda masih harus dimulai dengan batang atau kawat mesin Swiss sebelum sintering laser!

Pemesinan Swiss vs. Pencetakan Laser 3D untuk Sekrup Tulang?

Sementara printer logam 3D akan mengatakan bahwa mereka dapat melakukan apa saja, pengerjaan dingin adalah salah satu tantangan yang harus mereka atasi sebelum semua aplikasi untuk sekrup tulang dapat dicetak 3D. Sampai saat itu, pemesinan gaya Swiss memiliki keunggulan dimulai dengan material pengerjaan dingin sebagai stok batang.

Keajaiban pencetakan 3D adalah, sebagai proses aditif, dapat menghasilkan rongga — sesuatu yang, demi bobot yang ringan dan porositas, merupakan keuntungan yang tidak dapat ditandingi oleh pemesinan Swiss. Namun, untuk ulir, lubang, anak tangga, dan fitur lain yang mungkin penting untuk fungsi sekrup, proses aditif dan subtraktif keduanya menghasilkan hasil akhir dimensi yang sama.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang atribut dan keuntungan dari pembubutan gaya Swiss CNC untuk Anda perangkat medis atau aplikasi lain, unduh panduan gratis kami FAQ Mesin Swiss .