Con l’aiuto del Dr.-Ing. Oliver Maiss di Ecoroll ci addentriamo in un case study in cui la lucidatura con rullo è stata utilizzata con successo per sostituire una lavorazione tradizionale, con benefici in termini di tempi e costi, nonchè di ripetibilità del risultato.
La lucidatura con rullo può sostituire processi costosi e incostanti come la lucidatura tradizionale? A questa domanda si può facilmente rispondere con “dipende”. Vi spiegheremo esattamente dove si trovano i limiti e quali risultati possono essere raggiunti utilizzando un esempio di un cliente del settore medicale.
Le protesi delle anche pongono sotto pressione il sistema produttivo
Nel campo della tecnologia medica i requisiti prestazionali richiesti ai prodotti sono estremamente elevati. Tutti noi vogliamo essere e rimanere in forma e in movimento. Vogliamo poterci muovere senza dolore e rimanere attivi anche in età avanzata. Gli impianti o le articolazioni artificiali svolgono quindi un ruolo importante quando si tratta di soddisfare questi desideri. Purtroppo, però, la realtà è che in molti casi le nostre articolazioni si usurano e presto o tardi richiederanno una sostituzione. I dati attuali mostrano che il numero di interventi per protesi è aumentato del 7% nel 2023. Solo in Germania, ogni anno vengono impiantate 220.000 articolazioni dell’anca. In media, si presume che una persona su quattro avrà bisogno di un’articolazione artificiale nel corso della sua vita.
Purtroppo non tutti i processi produttivi sono perfetti e, purtroppo, un’articolazione di questo tipo non può durare per sempre. La vita utile approssimativa di un’articolazione artificiale è di circa 10 anni. Se la qualità non è buona, la durata si riduce ulteriormente e si verifica una prematura necessità di sostituzione, che comporta sempre il rischio di ulteriori interventi. In breve, tutti noi abbiamo un notevole interesse a garantire che la produzione di una protesi d’anca, ad esempio, soddisfi gli standard più elevati e che la qualità dell’articolazione sia assolutamente impeccabile.
Uno dei requisiti richiesti all’articolazione è il basso attrito tra la sfera e l’invasatura. Entrambe le superfici devono essere estremamente lisce per evitare scheggiature che possono insorgere tra superfici molto sollecitate. Per raggiungere questo obiettivo, le sfere delle teste delle protesi, solitamente in acciaio CoCr o titanio, vengono lucidate nella fase finale di lavorazione. Per il medico, la lucentezza della superficie è un criterio (empirico) decisivo per potersi esprimere a favore o contro l’uso dell’impianto.
La lucidatura come processo di finitura
Il processo di lucidatura finale avviene in più fasi. La rugosità superficiale viene ridotta passo dopo passo con utensili di lucidatura con grana abrasiva sempre più fine. In termini di produttività, la bassa asportazione di materiale è compensata dalla rugosità raggiungibile, solitamente Ra < 0,02 µm. Per ottenere una superficie a specchio, è però necessario utilizzare utensili di lucidatura con grane estremamente piccole. La grana viene ridotta ad ogni passaggio della fase di lucidatura.
Per aumentare la produttività, il nostro cliente ha messo in discussione questa sequenza di processi e ha cercato alternative al processo di lucidatura tradizionale.
La lucidatura con rullo riduce tempi e costi in modo considerevole
L’idea ovvia e quindi anche l’obiettivo di questo progetto è stato quello di sostituire completamente il processo di lucidatura tradizionale con un processo di lucidatura con rulli, comunemente chiamato rullatura. Utilizzando un utensile di rullatura idrostatica a del tipo HG6-9, è stato possibile ridurre in modo affidabile il valore di rugosità a un valore Rz inferiore a Rz < 0,6 µm. Sono state utilizzate una velocità di rullatura di vw = 150 m/min e un avanzamento di fw = 0,1 mm.
Nella lucidatura con rullo, la rugosità viene ridotta attraverso un processo di formatura, premendo un rullo o una sfera sulla superficie. Per certi versi, concettualmente il processo presenta delle affinità con la ribaditura radiale (pur con enormi differenze, dato che lo scopo ultimo della ribaditura è quello di assemblare due componenti), dove il materiale viene fatto fluire in modo predeterminato attraverso un utensile, il punzone, che preme con una certa forza sul materiale da deformare.
Tornando quindi alla lucidatura con rullo, il corpo di rotolamento genera una pressione di contatto così elevata, attraverso una sfera, che il materiale presente nei picchi di rugosità inizia a fluire all’interno delle valli. Di fatto la sfera, avendo una superficie di contatto pressochè puntiforme, produce una pressione specifica molto alta. Questa azione porta a quasi equalizzare le quote di tali microstrutture, abbassando i picchi e innalzando le valli, livellandole. Nel caso in esame è stata utilizzata una forza di rullatura pari a Fw = 750 N. Osservando tale valore con attenzione, si può notare che è stata utilizzata una forza gestibile dalla totalità delle macchine di lavorazione convenzionali.
Utilizzando il processo di lucidatura con rullo descritto in precedenza, la lucidatura tradizionale non poteva essere completamente sostituita, ma poteva essere significativamente ridimensionata. È stato possibile eliminare alcune delle fasi di lucidatura, ottenendo così una riduzione complessiva dei costi del 27%!
Alla luce di quanto evidenziato, emergono quindi 3 benefici fondamentali:
– Eliminazione parziale di diversi passaggi del processo di lucidatura
– Riduzione del costo complessivo del processo di lucidatura pari al 27%
– Raggiungimento di una qualità superficiale di Rz = 0,6 μm
