Il paziente Stephen Power e il professor Adrian Sugar davanti a una macchina di produzione additiva Renishaw AM250.
Renishaw, leader mondiale nel settore delle tecnologie di precisione, ha sempre sviluppato prodotti all’avanguardia in grado di migliorare la produttività, ottimizzare i processi e fornire soluzioni innovative per la meccanica e l’industria. Oggi, grazie alle nuove opportunità offerte dalle produzione additiva, l’azienda ha dato un contributo importante anche nell’ambito medicale e, nello specifico, della chirurgia ricostruttiva, come dimostra la recente collaborazione con un centro specializzato del Galles del Sud che ha effettuato un pionieristico rimodellamento facciale su un ragazzo vittima di un incidente motociclistico. L’intervento è stato realizzato grazie alle guide di taglio e di riposizionamento in lega di cromo-cobalto stampate con una macchina a fusione laser 3D per metalli Renishaw AM250.
di Anita Gargano
La produzione additiva – comunemente detta stampa 3D – sta cambiando numerosi settori industriali, migliorandone i tradizionali processi produttivi. Il settore medicale non fa eccezione e il segmento della chirurgia ricostruttiva gioca un ruolo fondamentale in questo contesto.
Stephen Power ha subito diversi interventi chirurgici ricostruttivi a seguito di un terribile incidente motociclistico che gli aveva causato fratture craniche multiple. Il professor Adrian Sugar, consulente per la chirurgia orale e maxillofacciale al Morriston Hospital di Swansea (Galles), per aiutare Stephen si è spinto con determinazione oltre i limiti della propria professione, adottando tecniche e procedure di nuova concezione.
Il ragazzo, a poche ore dall’incidente, era già stato sottoposto a interventi chirurgici di ricostruzione facciale. Tuttavia, l’obiettivo principale in quel frangente era quello di salvargli la vita, quindi gli interventi di ripristino della simmetria del viso erano stati rimandati a un secondo momento. Renishaw (www.renishaw.it) ha lavorato in stretta collaborazione con il Centro per le Tecnologie Ricostruttive Chirurgiche Applicate del Galles del Sud, al fine di sviluppare guide chirurgiche innovative, adatte al caso di Stephen.
“Gli esiti dell’intervento sono stati sensibilmente migliori di qualsiasi risultato ottenuto finora”, ha dichiarato il professor Sugar.
GUIDE CHIRURGICHE PERSONALIZZATE
Le incisioni dei tessuti molli e il posizionamento osseo possono richiedere procedure a mano libera che rendono questo tipo di interventi ancora più complessi e imprevedibili. Da qui la necessità di creare guide chirurgiche che potessero ridurre al minimo questo rischio.
Il livello di difficoltà dell’operazione chirurgica è rimasto comunque elevato ma le guide chirurgiche, realizzate con la macchina a fusione laser 3D per metalli AM 250 di Renishaw, a detta del professor Sugar, hanno aumentato notevolmente la precisione e la velocità dell’intervento.
Prima dell’intervento, è stato studiato un piano per stabilire dove eseguire le incisioni ossee e sono state realizzate guide personalizzate per eliminare ogni approssimazione che, inevitabilmente, accompagna questo tipo di procedura chirurgica. La pianificazione e la creazione delle guide hanno permesso di ottenere un alloggiamento perfetto per due impianti permanenti e hanno contribuito a una maggiore efficacia dell’intervento.
Le guide di taglio e di riposizionamento in lega di cromo-cobalto per l’intervento di chirurgia ricostruttiva sono state stampate in 3D con una macchina Renishaw AM250.
LA MIGLIOR SIMMETRIA POSSIBILE
L’intervento aveva lo scopo di ricostruire lo zigomo di Stephen. Per ottenere la simmetria facciale, l’équipe medica ha elaborato alcune immagini del suo cranio mediante tomografia computerizzata (TC). I dati TC hanno consentito ai chirurghi di valutare le condizioni del cranio e di pianificare al meglio l'intervento. I dati “preoperatori” sono stati immessi in un programma di progettazione assistita da computer (CAD) che ha permesso all’équipe di progettare la struttura ossea “postoperatoria” con la migliore simmetria possibile.
Utilizzando i dati pre e post-operatori, è stato possibile progettare e realizzare guide in metallo adatte alle due principali procedure chirurgiche: una per il taglio e una per il riposizionamento. La guida per il taglio è stata impiegata per recidere l’osso dello zigomo in punti specifici, in modo da poter utilizzare le sezioni prelevate per la ricostruzione ossea. La guida di riposizionamento ha consentito l’applicazione delle sezioni ossee nella loro posizione definitiva così da facilitare l’inserimento dell’impianto zigomatico e della parete orbitale inferiore. L’utilizzo di guide chirurgiche personalizzate è ancora agli inizi e richiede pertanto ulteriori passi per raggiungere un risultato perfetto. Ma gli esiti dell’intervento sono stati “sensibilmente migliori di qualsiasi risultato ottenuto finora”, come ha commentato il professor Sugar che, grazie al processo di produzione additiva, ha beneficiato di una maggiore flessibilità nella progettazione delle guide e degli impianti. Il commento di Stephen è stato ancora più eloquente: “Quest’operazione mi ha cambiato completamente la vita”.
La stampa 3D rappresenta un sistema ottimale per la produzione di geometrie complesse e intricate che sarebbe impossibile realizzare mediante la fresatura, come nel caso dei materiali dentali.
FOCUS SULLA PRODUZIONE ADDITIVA
La ricerca e sviluppo della macchina è effettuata nel Regno Unito, negli stabilimenti di Stone (Staffordshire) e Wotton-under-Edge (Gloucestershire), mentre la produzione avviene nell’impianto di Miskin, vicino a Cardiff.
Le tecnologie Renishaw per la produzione additiva includono fusione laser di metalli e colata sotto vuoto in stampi di silicone. La fusione laser Renishaw sfrutta l’energia focalizzata di un laser ad alta potenza per fondere polveri metalliche depositate in strati sottili fino a 20 µm e creare oggetti tridimensionali. Si tratta di una tecnica emergente nel campo della produzione, adottata in particolare nei settori ortopedico, racing, aerospace e ovunque vi sia la necessità di realizzare rapidamente prodotti in metallo con geometrie anche impossibili per le lavorazioni tradizionali. La colata sotto vuoto è utilizzata principalmente per la produzione di prototipi di alta qualità in resine di poliuretano (PU) con prestazioni che riproducono da vicino quelle dei polimeri industriali.
Macchina a fusione laser 3D per metalli Renishaw AM250.
UNA TRADIZIONE DI PRECISIONE
La produzione additiva è solo una delle tante aree in cui è attiva Renishaw, il cui core business risiede nei sistemi di misura, controllo del movimento, spettroscopia e apparecchiature di precisione. La società, fondata nel 1973, ha sempre sviluppato prodotti all’avanguardia in grado di migliorare la produttività, ottimizzare i processi e fornire soluzioni che offrono notevoli vantaggi economici.
La storia dell’azienda è fatta di grande impegno e dedizione nei confronti della ricerca e dello sviluppo. Ogni anno circa il 16% del fatturato viene reinvestito in ricerca, sviluppo e ingegnerizzazione. In questo modo, la società è riuscita a diversificare le proprie attività, entrando anche nel settore del controllo di processo per macchine utensili a CN, realizzato con sonde di misura, sistemi laser per la verifica degli utensili e strumenti di taratura delle macchine stesse.
Renishaw produce inoltre encoder per il controllo accurato del movimento, microscopi Raman per l’analisi spettroscopica dei materiali, misure laser e sistemi per sondaggi, dispositivi medicali per applicazioni neurochirurgiche e prodotti per migliorare la diagnosi delle patologie infettive nell’uomo.
CALIBRARE LE MACCHINE UTENSILI PER MIGLIORARE LA PRODUTTIVITÀ
Da sempre all’avanguardia nella progettazione e costruzione di sistemi innovativi nell’ambito della metrologia e della spettroscopia industriale, Renishaw offre soluzioni che garantiscono miglioramenti concreti della produttività delle imprese manifatturiere. È il caso del sistema Ballbar che consente il rilevamento degli errori prima che questi abbiano impatto sulla produzione e permette di pianificare in modo ottimale gli interventi di manutenzione e riparazione. Oltre a isolare gli errori, il ballbar garantisce anche l’ottimizzazione dei processi: la possibilità di diagnosticare in pochi minuti gli errori di posizionamento e di servocontrollo di una macchina utensile prima della lavorazione e della successiva ispezione del pezzo riduce in modo significativo i rischi di scarti e i tempi di inattività, riducendo di conseguenza i costi di lavorazione.
DIAGNOSTICARE E QUANTIFICARE GLI ERRORI DI POSIZIONAMENTO
Il ballbar QC20-W consiste sostanzialmente in un trasduttore con estremità sferiche montato magneticamente tra il mandrino e la tavola della macchina in esame. La macchina viene programmata per eseguire movimenti circolari sui 3 piani e il trasduttore rileva le variazioni dalla traiettoria ideale e individua gli errori di posizionamento. Le deviazioni sono analizzate e classificate in ordine di importanza, con il riconoscimento di oltre 20 cause di errore in quanto errori differenti presentano tracciati con forme differenti.
QC20-W Ballbar lavora con la tecnologia senza fili Bluetooth®, caratteristica molto importante in tutte le condizioni in cui la presenza di cavi può causare problemi sia di coerenza dei risultati, sia di sicurezza.
La possibilità di eseguire test su tre piani ortogonali con un unico piazzamento rende le procedure di test semplici e rapide oltre a consentire l’acquisizione di misure volumetriche rappresentative dell'accuratezza di posizionamento. Il ballbar QC20-W utilizza al meglio la potenza del software e conserva il principio di un semplice programma circolare per CNC. La combinazione di questi due fattori permette di diagnosticare e quantificare con grande rapidità gli errori di posizionamento della macchina, inclusi gli errori di inseguimento, di stick-slip, di gioco, la ripetibilità e gli errori di scala. L’analisi dati fornisce anche indicazioni sulla geometria della macchina e sul valore totale dell'errore di circolarità. Il software Ballbar20 è stato perfezionato per fornire una maggiore flessibilità nell'esecuzione di test e nella compilazione dei rapporti.
Il kit QC20-W è distribuito in una solida valigetta che include spazio sufficiente per alloggiare tutti gli accessori più comuni.
Il sistema Ballbar QC20-W di Renishaw consente il rilevamento degli errori prima che questi abbiano impatto sulla produzione e permettono di pianificare in modo ottimale gli interventi di manutenzione e riparazione.