Obrábění implantátových UHMWPE vložek kloubů

On the Machining of Joint Implant UHMWPE Inserts

abstract

en

The modern orthopaedic implants for applications in hips, knees, shoulders, and spines are composed of hard metal alloys or ceramics. The tribological sub-component is composed of soft materials with good tribological properties – e.g. UHMWPE (Ultra High Molecule Weight Polyethylene). The UHMWPE im-plants need to be machined into their final shape after the polymerization and con-solidation into a blank profile or near-net shaped implant. So machining is a crucial technology that can generate an accurate and precise shape of the implant that should comply with the joints' function. However, the machining technology can affect the topography and integrity of the surface, and its resistance to wear. The technology, cutting tools, and cutting conditions can impact the physical and mechanical properties of the entire implant, limiting its life span and creating a need to be replaced. The basic machining technologies are turning and milling (each can be used as roughing or finishing). There are many ways to machine these surfaces. Many problems such as low rigidity of the product, poor thermal properties of the mate-rial, high melt viscosities, and sticking of the material to the cutting edge (produc-tion of built-up edges) have been solved. UHMWPE can be damaged by exces-sive heat, feed rate, cutting force, and tool micro-geometry. The shapes and di-mensions for the customized implants vary broadly for the humans this compli-cates the machining technology. No standard programs can be used repeatedly so each joint must be designed and produced individually. However, it results in the longer implant life and a better comfort of patients

Moderní ortopedické implantáty pro aplikace v oblasti kyčlí, kolen, ramen a páteře se skládají ze slitin kovů nebo keramiky. Tribologická vložka se vyrábí z měkkých materiálů s dobrými tribologickými vlastnostmi – např. UHMWPE (Ultra High Molecule Weight Polyethylen). Implantáty UHMWPE je třeba opracovat do jejich konečného tvaru po polymeraci a konsolidaci. Obrábění je tedy klíčovou technologií, která dokáže vytvořit přesný a přesný tvar implantátu, který by měl odpovídat funkci kloubů. Technologie obrábění však může ovlivnit topografii a integritu povrchu a jeho odolnost proti opotřebení. Technologie, řezné nástroje a řezné podmínky mohou ovlivnit fyzikální a mechanické vlastnosti celého implantátu, omezit jeho životnost a způsobit nutnost výměny. Základní technologie obrábění jsou soustružení a frézování (každá může být použita jako hrubování nebo dokončování). Existuje mnoho způsobů, jak tyto povrchy obrábět. Bylo vyřešeno mnoho problémů, jako je nízká tuhost výrobku, špatné tepelné vlastnosti materiálu, vysoké viskozity taveniny a přilnavost materiálu k řezné hraně (výroba nahromaděných hran). UHMWPE může být poškozen nadměrným teplem, rychlostí posuvu, řeznou silou a mikrogeometrií nástroje. Tvary a rozměry přizpůsobených implantátů se u lidí značně liší, což komplikuje technologii obrábění. Žádné standardní programy nelze používat opakovaně, takže každý kloub musí být navržen a vyroben individuálně. Výsledkem je však delší životnost implantátu a lepší komfort pacientů.

The modern orthopaedic implants for applications in hips, knees, shoulders, and spines are composed of hard metal alloys or ceramics. The tribological sub-component is composed of soft materials with good tribological properties – e.g. UHMWPE (Ultra High Molecule Weight Polyethylene). The UHMWPE im-plants need to be machined into their final shape after the polymerization and con-solidation into a blank profile or near-net shaped implant. So machining is a crucial technology that can generate an accurate and precise shape of the implant that should comply with the joints' function. However, the machining technology can affect the topography and integrity of the surface, and its resistance to wear. The technology, cutting tools, and cutting conditions can impact the physical and mechanical properties of the entire implant, limiting its life span and creating a need to be replaced. The basic machining technologies are turning and milling (each can be used as roughing or finishing). There are many ways to machine these surfaces. Many problems such as low rigidity of the product, poor thermal properties of the mate-rial, high melt viscosities, and sticking of the material to the cutting edge (produc-tion of built-up edges) have been solved. UHMWPE can be damaged by exces-sive heat, feed rate, cutting force, and tool micro-geometry. The shapes and di-mensions for the customized implants vary broadly for the humans this compli-cates the machining technology. No standard programs can be used repeatedly so each joint must be designed and produced individually. However, it results in the longer implant life and a better comfort of patients

Obr8b2n9; UHMWPE; implant8t; integrita povrchu; tribologi

Machining; UHMWPE; implant; surface integrity; tribology;

08.09.2022

INSA Rennes, Francie

INSA Rennes, Francie

44–44

1