Usinage suisse de vis à os et d'ancres

Obtenir des fonctionnalités précises et complexes pour les applications orthopédiques et dentaires

Par rapport à de nombreux autres dispositifs médicaux, les vis à os ont une structure apparemment simple :un cylindre fileté avec une tête à une extrémité et une pointe à l'autre. Pourtant, la complexité de la conception des vis à os (également appelées ancres) peut être surprenante.

C'est pourquoi l'usinage CNC de précision de style suisse joue un rôle important dans la réalisation des conceptions qui donnent aux vis à os les caractéristiques et fonctionnalités appropriées pour leurs utilisations finales.

Structure de base des vis à os

Comme la vis à bois courante que la plupart des gens connaissent, la structure d'une vis à os présente certaines caractéristiques de base :

• La tête de la vis est la surface supérieure aplatie qui facilite l'insertion de la vis.
• Le conseil est l'autre extrémité de la vis, opposée à la tête.
• La longueur de la tige (ou du corps) d'une vis est mesurée de la tête à la pointe.
• Le argumentaire d'une vis est la distance parcourue par la vis à chaque tour de 360º.
• Le diamètre principal d'une vis est l'épaisseur totale de la vis d'un sommet du filetage à l'autre sommet du côté opposé.
• Le diamètre mineur est l'épaisseur d'une vis sans les filets. Ceci est important à savoir car le trou pilote dans lequel une vis sera insérée doit être de la même taille que le diamètre mineur.

Pourquoi les vis à os sont-elles utilisées ?

La fonction principale d'une vis à os est d'aider à réparer les fractures osseuses. En règle générale, la vis convertit la force du mouvement osseux en compression qui maintient l'os en place afin qu'il puisse guérir plus rapidement.

L'utilisation des vis à os remonte au début du XXe siècle. C'est à cette époque que le chirurgien William O'Neill Sherman a été le pionnier de la fixation des fractures osseuses à l'aide de plaques et de vis conventionnelles qu'il a modifiées pour les fixer à l'os.

Aujourd'hui, les vis à os sont utilisées dans une large gamme d'applications orthopédiques et orthodontiques. Les vis orthopédiques sont principalement utilisées pour la fixation de l'os ou pour aider à fixer les tissus mous (tels que les tendons) à l'os. En dentisterie, les vis à os servent généralement d'ancrages sur lesquels quelque chose d'autre, comme une dent de remplacement, est fixé.

Comme prévu, les vis à os modernes sont plus précises et spécialisées que la version de Doc Sherman. Sans surprise, l'usinage CNC suisse est la méthode souvent utilisée pour produire des caractéristiques précises qui améliorent la méthode de fixation de la vis ou sa capacité à adhérer à l'os ou à d'autres tissus.

Différents os, différentes vis

Dans une étude comparant la résistance de quatre vis à os disponibles dans le commerce ayant des pas différents, la puissance de maintien des vis était corrélée à la densité de l'os, à la conception des filets et au nombre de filets engageant l'os. Étant donné que différents types d'os ont des densités différentes, il est donc logique que le type d'os ait un impact sur la conception de la vis.

Os cortical (ou compact) constitue la couche externe dure et dense d'os qui fournit au corps humain une structure de soutien et aide à protéger les organes internes. Ces os lisses, blancs et solides représentent environ 80 % de la masse corporelle d'un adulte.

Os spongieux (également connu sous le nom d'os spongieux) forme le réseau tissulaire interne des os humains et se trouve généralement à l'extrémité des autres os, près des articulations et à l'intérieur des vertèbres. L'os spongieux est moins dense, un peu plus mou et plus flexible que l'os cortical.

En conséquence, l'usinage CNC suisse peut être utilisé pour fabriquer des vis dont le filetage, le pas et d'autres caractéristiques varient en fonction du type d'os dans lequel elles seront utilisées :

• Vis corticales - également appelées vis à corticale - sont conçues pour tenir fermement et offrir une stabilité maximale lorsqu'elles sont insérées dans l'os cortical. Ces vis solides ont un petit pas, avec des filets peu espacés et peu profonds sur toute la longueur, et ont généralement une extrémité émoussée. Les vis corticales ont généralement des longueurs comprises entre 0,059 pouce (1,5 mm) et 0,177 pouce (4,5 mm).

• Vis à spongieux , qui sont conçues pour la fixation de l'os spongieux, sont plus longues et ont un pas plus grand que les vis corticales. Les filets de vis spongieux sont coupés plus profondément et largement espacés, et l'arbre peut être entièrement fileté ou seulement partiellement fileté. Les vis ont généralement des longueurs comprises entre 0,138" (3,5 mm) et 0,256" (6,5 mm).

Autres variables dans la conception des vis à os

Outre les variations de filetage et de pas, les vis à os peuvent avoir des trous, des marches, des fentes et d'autres caractéristiques produites grâce aux capacités de précision de l'usinage CNC suisse. Par exemple, différents types de têtes de vis à os peuvent être créés pour répondre à des besoins spécifiques :

• Les vis d'ancrage des dents peuvent avoir une tête conique sur laquelle une dent de remplacement peut être pressée.
• Une tête de vis filetée peut être utilisée pour verrouiller la vis à os et sa fixation (telle qu'une plaque) en place, pour une plus grande stabilité.
• Une tête de vis hexagonale est couramment utilisée pour permettre l'utilisation d'un tournevis pour l'insertion.

Les vis à os usinées en Suisse peuvent également tirer parti de différentes conceptions d'embouts prenant en charge différentes techniques d'insertion de vis :

• Vis non taraudeuses avoir une pointe ronde et lisse qui est insérée en faisant un trou pilote et en tapotant des filets à l'intérieur du trou.
• Vis autotaraudeuses avoir des cannelures coupantes pour que la vis taraude ses propres filets une fois insérée dans un trou pilote. Par exemple, étant donné que l'os spongieux est beaucoup moins dense que l'os cortical, une vis spongieuse est autotaraudante, c'est-à-dire qu'elle coupe son chemin dans l'os lors de l'insertion de la vis.
• Vis autoperceuses peut être inséré tel quel, sans trou pilote ou autre préparation nécessaire. La vis crée son propre trou pilote et est également autotaraudeuse.

Avantages de conception de vis uniques

Les entreprises de dispositifs médicaux peuvent également proposer leurs propres variantes de conception de vis à os pour créer quelque chose d'unique qui les distingue et offre un avantage concurrentiel.

En plus d'être un avantage pour le fabricant d'ancres, une conception brevetée et exclusive crée des opportunités - et des défis - pour l'usinage CNC de style suisse pour réaliser ce qui peut être une conception très complexe. Par exemple, les formes plus compliquées sont un exemple parfait de l'endroit où la technique de segmentation dans l'usinage suisse permet à l'atelier d'usinage plus sophistiqué de répondre aux besoins de conception complexes du client.

Un autre principe directeur - concevoir des dispositifs médicaux avec une construction monobloc - peut souvent rendre une pièce plus complexe du point de vue de l'usinage. Relevant ce défi, l'usinage suisse peut aider les fabricants à réaliser des conceptions à un seul composant qui minimisent le risque qu'un appareil se désagrège ou que quelque chose tourne mal en raison de la défaillance d'une pièce parmi plusieurs.

De plus, différentes modifications de surface (voir ci-dessous) peuvent être ajoutées aux vis à os, après usinage, pour avoir un impact positif sur la croissance osseuse et l'adhérence, ce qui distingue davantage une conception d'ancrage particulière des options d'autres fabricants

Considérations matérielles spécifiques pour les vis à os

Les vis à os et les ancres à usage orthopédique et dentaire sont fabriquées à partir d'alliages métalliques depuis plus d'un siècle. Cela signifie qu'il a fallu beaucoup de temps pour apprendre quels matériaux offrent la bonne combinaison de résistance élevée, de résistance à la corrosion et de biocompatibilité.

Les fabricants d'aujourd'hui choisissent généralement des matériaux de qualité implantaire qui répondent aux spécifications de l'American Society for Testing and Materials (ASTM) ou ISO. Par conséquent, la fabrication de vis à os avec les caractéristiques et fonctionnalités correctes nécessite la capacité d'usiner en Suisse une large gamme de matériaux différents, chaque matériau ayant ses propres caractéristiques uniques.

Alors que l'acier inoxydable est populaire dans les dispositifs médicaux et peut être utilisé pour les vis à os, les dernières décennies ont vu l'utilisation croissante du titane et d'un éventail de métaux spéciaux choisis pour leurs caractéristiques et avantages uniques.

Par exemple, titane - qui est disponible en versions pures et alliées - est souvent utilisé lorsque l'objectif est léger et de haute résistance ou lorsqu'un appareil doit s'accoupler ou se connecter à un autre composant en titane. Les vis en titane sont fréquemment utilisées dans le traitement des fractures mandibulaires.

L'alliage de titane Ti-6Al-4V ELI (titane-6aluminium-4vanadium extra low interstitiels) est léger, résistant à la corrosion, solide et biocompatible. Des contrôles stricts pendant le processus de fusion se traduisent par un matériau avec une ductilité et une résistance accrues, faisant du titane ELI un choix populaire et durable pour les vis à os et autres dispositifs médicaux.

Nitinol (NiTi) est parfois choisi pour sa capacité à résister à de fortes sollicitations sans se déformer. Cela signifie qu'il peut être utilisé pour des applications où la vis à os ou un autre dispositif doit s'étirer et changer légèrement sans prendre de jeu permanent.

D'autres matériaux à haute résistance et biocompatibles qui sont souvent utilisés de manière interchangeable dans l'usinage suisse des vis à os et des ancres comprennent :

• MP35N ^® et le 35N LT ^® similaire (faible teneur en titane), qui est une fusion de MP35N dont les traces de titane ont été éliminées, ce qui lui confère une meilleure résistance à la fatigue
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® , Conichrome ^® , et autres alliages spécifiés par ASTM F1058 et ISO 5832-7

Traitement de surface pour favoriser l'ostéointégration

La finition de surface est un sujet très important chez Metal Cutting. Pour les vis à os et l'usinage suisse, le traitement de surface est un sujet unique.

Alors que certaines vis à os sont temporaires et donc éventuellement retirées, la plupart sont mises en place pour rester. Il s'avère que la finition de surface d'une vis a beaucoup à voir avec la promotion de la croissance osseuse afin que la vis soit fermement ancrée et que l'os se développe autour d'elle.

Alors que les scientifiques continuent de travailler sur le développement de revêtements spéciaux pouvant être appliqués pour favoriser l'ostéointégration (lisez un exemple), les fabricants de vis ont découvert que des finitions plus rugueuses et d'autres types de surfaces différents peuvent aider à favoriser la croissance osseuse.

L'invention du frittage laser direct (autrement connu sous le nom d'impression 3D métal) permet d'atteindre des niveaux de porosité jusqu'alors inatteignables, allant au-delà d'un simple état de surface rugueux et favorisant l'ostéointégration. C'est pourquoi la fabrication 3D pourrait très bien être l'avenir des vis à os et de nombreuses autres applications de dispositifs médicaux.

Cependant, la plupart des matériaux utilisés pour fabriquer des vis à os orthopédiques et des ancres dentaires ne peuvent pas être traités thermiquement. Au lieu de cela, ils tirent leur force du travail à froid, ce que vous ne pouvez pas faire avec l'impression 3D métal.

Cela signifie que vous toujours doivent commencer avec une tige ou un fil usiné en Suisse avant le frittage laser !

L'usinage suisse contre l'impression laser 3D pour les vis à os ?

Alors que les imprimeurs 3D métal diront qu'ils peuvent tout faire, le travail à froid fait partie des défis qu'ils doivent surmonter avant que toutes les applications de vis à os puissent être imprimées en 3D. Jusque-là, l'usinage à la suisse a l'avantage de commencer avec un matériau de travail à froid comme barre brute.

La magie de l'impression 3D est que, en tant que processus additif, elle peut produire des vides - quelque chose qui, pour des raisons de légèreté et de porosité, est un avantage que l'usinage suisse ne peut égaler. Cependant, pour les filetages, les trous, les marches et d'autres caractéristiques qui peuvent être cruciales pour la fonction d'une vis, les processus additifs et soustractifs donnent tous deux le même résultat final dimensionnel.

Pour en savoir plus sur les attributs et les avantages du tournage CNC à la suisse pour votre dispositifs médicaux ou d'autres applications, téléchargez notre guide gratuit FAQ sur les machines suisses .