Quando si parla di ceramica, la maggior parte delle persone pensa subito a piatti o tazze da caffè che, se cadono a terra, finiscono in mille pezzi. Non è così se si parla di ceramiche industriali e medicali: queste, infatti, sono molto più resistenti, dense e, per questo motivo, meno fragili ma, purtroppo, anche più difficili da lavorare con i metodi tradizionali. Per fortuna, i raggi laser possono essere una soluzione.
Attualmente si producono solo pochi impianti in materiale ceramico. Semplici nella forma perché realizzati da rettificatrici con ruote diamantate le quali, però, non sono adatte alla lavorazione di contorni, sedi e altre parti complesse. Inoltre, il processo di rettifica è lento, facendo aumentare i costi di produzione e, di conseguenza, quello degli impianti stessi. Per questo motivo solo un numero limitato di pazienti sceglie le ceramiche anziché gli impianti in metallo, sicuramente più convenienti.
La maggior parte degli impianti prodotti oggi è in titanio, leghe di cromo-cobalto o acciaio inossidabile. I più comuni sono per protesi di ginocchio ed anca, ma non mancano anche componenti femorali, articolari e tibiali. La durata media degli impianti in metallo dipende dall’uso. Se il portatore di impianto è estremamente attivo, il processo di usura sarà più rapido. In alcuni casi può trattarsi di un periodo di circa 10 anni, che possono diventare 25 per persone meno attive. Questo vuol dire che i portatori più giovani di impianti in metallo dovranno sostituirlo una o due volte nel corso della loro vita. Senza dimenticare che la riabilitazione post intervento per protesi a ginocchia o anca è estremamente lunga e dolorosa.
Adesso, prendiamo in considerazione gli impianti in ceramica che durano, in media, 75 anni, in pratica la vita di una persona. Un portatore di impianto si sottoporrebbe ad un solo intervento chirurgico e ad un solo periodo di riabilitazione. In più, non vi sarebbero abrasioni dell’impianto che generano particelle estranee nel corpo, come, invece, avviene per gli impianti in metallo usurati. D’altro canto, l’uso dei vantaggiosi impianti in ceramica non sarà diffuso fino a quando il costo della lavorazione del materiale non sarà diminuito, rendendo così accessibili tali impianti. E questo è il motivo per cui produttori, università e altri centri di ricerca stanno analizzando e testando approcci diversi per lavorare la ceramica con le macchine utensili convenzionali.
Finora, una tecnica che prevede l’uso di un laser sta dando risultati molto promettenti. Elementi importanti che contribuiscono a ridurre i costi di lavorazione della ceramica sono degli inserti da taglio progettati in modo particolare e un uso radicale di un laser montato su una macchina utensile multitasking. La macchina posiziona accuratamente il raggio laser davanti all’inserto di taglio per plasticizzare il materiale di lavorazione, rendendolo più facilmente tagliabile.
Come sostengono in Seco Tools (www.secotools.com), sviluppi nelle tecnologie di taglio, che contribuiscono a ridurre i costi di lavorazione delle ceramiche, includono il diamante policristallino (PCD) e il nitruro di boro cubico (CBN). Quest’ultimo presenta grandi potenzialità in diverse applicazioni su ceramiche. Sono stati testati anche utensili in metallo duro estremamente resistenti.
Ad oggi, la lavorazione con laser ha reso possibile la tornitura, la filettatura e la fresatura di materiali ceramici come il nitrato di silicio, lo zirconio e l’allumina. Ma, ancora più importante, il sistema ha aumentato la durata dell’utensile e ridotto i tempi di lavorazione di questi materiali, permettendo la produzione di componenti
prima impossibili da realizzare.
Le entità coinvolte nello sviluppo di tecniche di lavorazione laser continueranno ad acquisire sempre maggiore esperienza e conoscenza sui processi di taglio delle ceramiche e passi da gigante verranno fatti nell’uso di questi materiali nell’industria medicale e in altre applicazioni, come, ad esempio, per la produzione di componenti per motori e cuscinetti per i settori automobilistico e aerospaziale. Tuttavia, attualmente è necessario eseguire molti più test per approfondire la conoscenza delle preparazioni dei taglienti e delle reazioni chimiche tra gli utensili e i materiali ceramici. Inoltre, questi test possono contribuire ad aumentare l’uso efficiente del laser per il riscaldamento dei materiali ceramici e migliorare la precisione di quei componenti che devono essere riscaldati.
Se i progressi delle lavorazioni tramite laser assistito continueranno di questo passo, la lavorazione dei materiali ceramici molto probabilmente potrà sostituire la rettifica con ruote diamantate, esattamente come la tornitura con metallo duro ha sostituito la rettifica venti anni fa. E sebbene il metodo sia ancora poco sperimentato, un primo traguardo molto importante è stato già raggiunto nel tentativo di ridurre i costi di produzione degli impianti medicali e dei componenti in materiali ceramici industriali.
(Don Graham, responsabile formazione e servizi tecnici di Seco Tools)
