Le lavorazioni per asportazione di truciolo sono una tecnica di fabbricazione fondamentale che prevede la rimozione di materiale da un pezzo grezzo per ottenere la forma desiderata. Questo processo viene eseguito utilizzando utensili da taglio che possono essere montati su macchine utensili come torni, fresatrici, trapani e rettificatrici. I processi per la creazione dei particolari meccanici richiedono la rimozione del materiale in eccesso attraverso l’impiego di utensili di lavoro e la rotazione del componente. Il materiale in eccesso viene asportato sotto forma di residuo definito “truciolo”, che avrà caratteristiche differenti in base al tipo di lavorazione in atto.
La precisione e la qualità superficiale ottenute tramite questi processi li rendono essenziali in molte industrie, tra cui l'automotive, l'aerospaziale e la manifatturiera. Nel contesto dei prodotti biomedicali, l'asportazione di truciolo assume un'importanza ancora maggiore, data la necessità di componenti di altissima precisione e affidabilità.
Fondamenti dell'Asportazione di Truciolo
Le macchine che lavorano il materiale tramite l’asportazione del truciolo possono essere suddivise in due categorie ben distinte. Abbiamo le macchine che procedono tramite movimento rettilineo, tra cui rettificatrici, piallatrici e stozzatrici; e le macchine che operano tramite movimento circolatorio, come torni, alesatrici e fresatrici.
Il processo di asportazione del truciolo rappresenta una vera e propria criticità nell’ambito della creazione del componente meccanico. Durante la lavorazione, il componente viene mosso per facilitare la rimozione del residuo secondo metodologie ben precise. Vediamole subito:
- Moto di taglio: Si tratta di un movimento che può essere rettilineo o rotatorio. Il moto di taglio viene impiegato per una sola rimozione del truciolo e assicura una lavorazione precisa anche su componenti particolarmente duri.
- Moto di avanzamento: Si ricorre al moto di avanzamento per rimuovere ripetutamente il truciolo che si forma durante la lavorazione.
Utensili Impiegati per l’Asportazione del Truciolo
Qualunque processo di lavorazione meccanica che richiede l’asportazione del truciolo, impiega utensili ad alta resistenza quali:
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- punta di trapano
- fresa
- mola
- lima
- piallatrice
A seconda del materiale che si intende lavorare, cambiano le sollecitazioni e la resistenza a cui è soggetto l’utensile. Motivo per il quale, il modello degli strumenti impiegati per la lavorazione dev’essere scelto con la massima attenzione, tenendo in considerazione la durezza del materiale e le caratteristiche superficiali del componente meccanico finito. L’asportazione del truciolo risulta più o meno difficoltosa a seconda della duttilità del materiale.
L'Asportazione di Truciolo nel Settore Biomedicale: Esigenze e Sfide
Gli utensili per la produzione di dispositivi medici devono assicurare sempre la massima precisione e affidabilità, perché questo settore più di ogni altro è disciplinato da regolamenti estremamente rigidi. Il nuovo regolamento sui dispositivi medici (Medical Device Regulation, MDR) ribadisce i requisiti di qualità e introduce un sistema di identificazione e tracciabilità dell’origine dei prodotti. Le complesse procedure di convalida necessarie per ottenere l’approvazione di produzione rendono difficile, se non addirittura impossibile, una modifica successiva dei processi di produzione.
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Tipi di Prodotti e Requisiti Superficiali
Generalmente i pezzi da produrre si distinguono in diverse categorie: Impianti, strumenti e utensili da taglio destinati all’uso in interventi medici. I metodi di produzione rilevanti in questo contesto sono la tornitura, fresatura, tourbillonage e foratura.
La valutazione della qualità della superficie dipende sostanzialmente dal tipo di prodotto. Gli impianti spesso non sono soggetti a lucidatura, anzi, si crea appositamente una rugosità superficiale per consentire un miglior "attecchimento" della sostanza corporea all’impianto. Nel caso dei ferri chirurgici, invece, la qualità della superficie dopo la lucidatura è estremamente elevata.
Materiali per Dispositivi Medici e Loro Lavorazione
Fondamentali nella selezione dei materiali sono le loro proprietà termiche, chimiche e meccaniche, la lavorabilità delle superfici e la possibilità di sterilizzazione mediante i metodi di lavorazione convenzionali. Ad essere usate con frequenza sono leghe di titanio, ceramiche o materie plastiche con fibra rinforzata.
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Per gli utensili ad asportazione truciolo questi materiali di solito costituiscono una sfida perché i requisiti dei sistemi medicali escludono o riducono a una percentuale minima la presenza degli elementi delle leghe che semplificherebbero la lavorazione, come ad esempio zolfo e fosforo. Inoltre, le superfici degli utensili per sistemi medicali devono essere sottoposti a trattamenti speciali e spesso devono essere dotati di rivestimento.
Materiali Metallici
Essenzialmente vengono lavorati materiali come titanio grado 1 a 5, leghe di cobalto e cromo, e acciai a base di nichel e cromo come ad esempio 1.4035 (X46CrS13), 1.4441 (X 2 CrNiMo 18 15 3), 1.4057 (X 17 Cr Ni 16-2) oppure 1.4571 (X 6 CrNiMoTi 17 12 2). Ad alte temperature il titanio manifesta una forte reazione chimica con il materiale da taglio dell’utensile che può causare un’usura rapida.
Materiali Plastici
I requisiti relativi alle materie plastiche sono numerosi: resistenza al calore e alla sterilizzazione, impermeabilità a raggi X, bassa densità per la riduzione del peso degli strumenti oppure colori per marcare dimensione o applicazione. In questi casi si usano materie duroplastiche e termoplastiche; sono ampiamente utilizzati anche materiali come PEEK, PP, PPSU, UHMWPE oppure POM. Tutti questi materiali hanno in comune la bassa conducibilità termica. Il calore prodotto durante la lavorazione deve quindi essere dissipato mediante il truciolo.
Le materie plastiche rinforzate con fibre di carbonio (CFRP), sono costituite dalla fibra C avvolta con una resina o pultruse. L’asportazione truciolo qui avviene spezzando le fibre. Questo materiale è suscettibile al calore perché la struttura può degenerare.
Ecco un riepilogo delle capacità di lavorazione per asportazione di truciolo su materiali plastici:
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| Tipo di Lavorazione | Parametri Tipici |
|---|---|
| Piallatura dritta | Lunghezza: max. 12.000 mm; Larghezza: max. n/a |
| Tornitura (componenti grandi) | Ø max. 2.000 mm; Lunghezza: max. 800 mm |
| Tornitura (tubi) | Ø max. 750 mm; Lunghezza: max. n/a |
| Profilatura | Lunghezza: max. 12.000 mm (o > 12.000 mm tramite estrusione); Larghezza: max. 235 mm; Spessore: max. n/a |
| Sfogliatura | Nastro Polystone® M (PE-UHMW); Larghezza: max. n/a |
| Punzonatura | Lunghezza: infinita; Larghezza: max. n/a |
| Termoformatura | Lunghezza: max. 1.600 mm; Larghezza: max. 1.200 mm; Spessore lastre: max. n/a |
| Saldatura | Saldatura ad estrusione, Saldatura ad attrito; Spessore lastre: max. n/a |
Biocompatibilità e Validazione dei Processi
La questione della biocompatibilità si pone soprattutto quando i dispositivi vengono usati direttamente sul paziente. Solo in questo caso e quando è richiesta una classificazione occorre garantire la biocompatibilità. La verifica di biocompatibilità rappresenta un componente fisso della valutazione del rischio biologico. L’obiettivo è valutare la compatibilità di un prodotto medico con un sistema biologico analizzando le interazioni fra il prodotto e i vari tipi di tessuto corporeo e delle cellule che vengono a contatto con il paziente durante l’applicazione.
La verifica con esito positivo secondo ISO 10993 è una prova standardizzata di compatibilità e pertanto necessaria per l’autorizzazione di dispositivi medici. Il primo passo in questa direzione è il test di citotossicità secondo ISO 10993-5. Utilizzando culture cellulari, i test di citotossicità determinano il potenziale di danno alla cellula in caso di contatto con il prodotto medico. Un produttore di metallo duro può realizzare un test di citotossicità di questo tipo sui suoi materiali e rivestimenti per escludere una contaminazione trasversale.
Al contrario degli utensili di manipolazione del corpo, gli utensili ad asportazione truciolo per la produzione di dispositivi medici non vengono a contatto con il corpo. Ciò nonostante anche la documentazione dei processi di produzione dei dispositivi medici sta diventando sempre più importante. Quando i dispositivi medici come utensili e strumenti vengono usati nel e sul corpo umano, anche l’ambiente deve essere “medical”. Per questi prodotti esistono manutenzioni e ispezioni specifiche. Ad esempio per la pulizia e la preparazione si possono usare solo determinati materiali e processi. In base a piani e processi specificamente elaborati, questi utensili e strumenti vengono preparati in ambienti controllati.
Innovazione e Competenza nella Lavorazione
Le lavorazioni per asportazione di truciolo rappresentano una tecnologia essenziale per le aziende che desiderano produrre componenti di alta precisione e qualità. L'adozione di macchine utensili avanzate e tecniche di lavorazione innovative può migliorare significativamente l'efficienza produttiva, ridurre i tempi di ciclo e abbassare i costi operativi. Disponiamo di moderni centri di lavoro CNC performanti, con cui siamo in grado di lavorare per asportazione di truciolo componenti di piccole e grandi dimensioni in materiale plastico. Su richiesta, vi sosteniamo nella progettazione e nella realizzazione del design dei vostri componenti in materiale plastico. Sappiamo di che cosa sono capaci i materiali plastici e che cosa è tecnicamente fattibile. Offriamo un programma completo, dalla scelta dei materiali alla costruzione di moderni sistemi CAD, fino alla lavorazione precisa e all’assemblaggio di componenti, perfettamente adattati per le vostre applicazioni.
Il settore è in costante evoluzione, con l'introduzione di nuovi utensili e tecnologie. Queste innovazioni offrono vantaggi in termini di flessibilità, efficienza di scanalatura e affidabilità, anche grazie a tecnologie avanzate di alimentazione del refrigerante. Nuovi sistemi di fresatura e punte di foratura sono progettati per lavorare efficacemente una vasta gamma di materiali, inclusi acciai, acciai inossidabili, ghise e superleghe, garantendo superfici di alta qualità e maggiore stabilità del processo.
La formazione continua è fondamentale per mantenere e rafforzare le competenze nel campo dell'asportazione di truciolo. Lo scopo del Corso - Base - è quello di rafforzare le competenze e quindi la fiducia dei partecipanti nelle proprie capacità rispetto ai fondamenti dell’asportazione di truciolo. Permette di migliorare la conoscenza delle applicazioni nelle aree generali di tornitura, fresatura ed esecuzione fori. Attraverso la teoria, le considerazioni sul processo e la corretta selezione e applicazione degli utensili, i partecipanti vengono guidati all’individuazione critica dei dati di taglio fondamentali, in relazione alle proprie lavorazioni, verificando le proprie conoscenze teoriche e pratiche.
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