Обработка мелких деталей, например стоматологических элементов, на станках ЧПУ влечет за собой повышение скорости обработки, жесткие допуски, высокопрочные материалы и максимальную точность. Кроме того, вся отрасль сталкивается с новым конкурентом в виде трехмерной печати, также известной как аддитивное производство. Хотя трехмерная печать не подходит для выполнения больших производственных циклов, она хорошо подходит для некоторых нестандартных стоматологических применений и может стать конкурентом традиционных методов обработки в этой области. На данный момент, однако, на рынке производства стоматологического оборудования по-прежнему доминируют традиционные игроки со стандартным подходом в виде токарной и фрезерной обработкой на станках ЧПУ.
«Большинство материалов, применяемых в стоматологии, таких как титан, кобальт хром и нержавеющая сталь, являются относительно твердыми материалами. Следовательно, в зависимости от способа резки материала могут потребоваться станки с ЧПУ со значительной мощностью и крутящим моментом», - пояснил Уильям Ховард-младший, менеджер по линейке продуктов, вертикальные обрабатывающие центры ЧПУ.
Помимо того, что трудность заключается в обработке мелких деталей, эти материалы еще имеют тенденцию быть абразивными, что может сократить срок службы инструмента и повредить его режущую кромку. Кроме того, хотя они и являются относительно твердыми, эти материалы могут прилипать к инструменту во время обработки. Это также затрудняет их резку и может генерировать много тепла, что также сокращает срок службы инструмента и может привести к плохому качеству поверхности. Кроме того, эти материалы могут закаляться под воздействием высокой температуры. Наконец, все эти операции резки должны выполняться небольшими инструментами на высоких скоростях, чтобы получить очень маленькие детали сложной формы.
Например, производитель станков ЧПУ Makino предлагает 5-осевые обрабатывающие центры VMC, DA300 и D200Z меньшего размера, которые он рекомендует компаниям, работающим в обработке мелких деталей, таких как в стоматологии.
Рис. 1. Резка должна производиться маленькими инструментами на высоких скоростях, чтобы получить очень маленькие, сложные особенности современных зубных имплантатов.
«Есть ряд характеристик, которые делают станки ЧПУ DA300 и D200Z очень подходящими для рынка стоматологических компонентов», - сказал Говард. «Скорость этих машин значительно сокращает время простоя и значительно сокращает время цикла обработки деталей, сроки производства и, следовательно, затраты. Станки поддерживают высокоскоростную обработку, которая так необходима для сложных контуров и форм, типичных для стоматологических элементов».
Он также добавил, что скоростные шпиндели с высокими оборотами обеспечивают превосходную чистоту поверхности и продлевают срок службы инструмента. Обе машины автоматизированы, используют программное обеспечение Makino Professional 6 Control с Super Geometric Intelligence 5 (SGI.5) и предназначены для сверхточной работы.
Рис. 2. Фрезерные станки ЧПУ должны поддерживать высокоскоростную обработку, необходимую для сложных контуров и форм, типичных для медицинских компонентов.
Обработка мелких деталей из твердых материалов
Стоматологические детали изготавливаются из труднообрабатываемых материалов - это понятно, если учесть, что они в конечном итоге окажутся во рту и рассчитаны на долгие годы. Типичные используемые материалы включают титан, кобальт и нержавеющую сталь. «Материалы, используемые на стоматологическом рынке, имеют свои особенности. Обработка мелких деталей не прощает ошибки токарной и фрезерной обработки и остро реагирует на неправильные настройки станков ЧПУ, такие как отсутствие высокой скорости и неправильная подача», - сказал Ховард.
Что же касается лучшего способа решения подобных задач, Говард возвращается к необходимости в поддержании высокой скорости при изготовлении стоматологических компонентов. «Высокоскоростная обработка, которая заключается в высоких скоростях шпинделя в сочетании с высокими скоростями подачи, предназначенными для создания требуемой чистоты поверхности, является наиболее эффективным способом производства деталей такого типа», - сказал он.
Программирование также важно в этом типе производства. «Создание быстрого и эффективного инструмента также является уникальной задачей в сфере производства оборудования для стоматологической сферы. Параметры каждой уникальной детали, должны быть быстро и эффективно запрограммированы на станке с ЧПУ, чтобы свести к минимуму время производства», - пояснил он.
Станки ЧПУ для обработки мелких деталей
FANUC - это еще одна компания, которая разработала обрабатывающие станки для стоматологического сектора. Обрабатывающие центры и станки с ЧПУ RoboDrill предназначены для производства высокоточных стоматологических инструментов и других медицинских изделий.
Стандартные функции включают жесткую конструкцию, интеллектуальный интерфейс человек-машина (iHMI) и инструментальный магазин емкостью 21 инструмент. «Конструкция вертикальных обрабатывающих центров с С-образной рамой обладают высокой точностью и скоростью из-за своих компактных размеров. Размер шпинделя BBT 30 идеально подходит для небольших и точных инструментов, необходимых для обработки мелких деталей медицинского сектора», - сказал Боб Стаффорд, менеджер сегмента RoboDrill в FANUC.
С момента своего появления несколько лет назад обрабатывающий центр был модернизирован, а его возможности по обработке расширены. «Более высокие скорости и точность были достигнуты за счет оптимизации высокоскоростных и сверхточных систем сервоприводов, температурной компенсации, высокоскоростных шпинделей и усовершенствованных элементов управления для одновременной обработки сложных форм от 3 до 5 осей», сказал Стаффорд. Все дело в скорости и высоких допусках, требуемых при обработке стоматологических компонентов.
Мелким деталям нужны скоростные станки чпу
Независимо от того, станки какой компании вы используете, станки ЧПУ со скользящей головкой являются хорошим выбором для обработки мелких деталей для стоматологии, сказал Кевин Бертон, специалист по точным изделиям и промышленности в Sandvik Coromant Canada. Это опять же к высоким скоростям и малым размерам деталей, сказал он. «То, как быстро происходит смена инструментов в магазине станка тоже имеет значение. С небольшими деталями, как правило, смену инструментов нужно производить гораздо быстрее, чем с крупными деталями. Конструкция станков со скользящей головкой позволяет производство сделать максимально эффективным», - сказал Бертон.
По словам Бертона, новая система инструментов Sandvik Coromant CoroThread ™ 266 QS включает в себя ассортимент хвостовиков, расточных планок, вставок и держателей, которые хорошо работают со станками со скользящей головкой. Инструменты предназначены для нарезания резьбы по внутреннему и внешнему диаметру. Когда правильный инструмент и правильный станок объединены в единую систему, легче поддерживать контроль стружки, улучшить чистоту поверхности и продлить срок службы инструмента при обработке детали, такой как титановые зубные винты.
Рис. 3. Станки ЧПУ с высокоскоростными шпинделями, усовершенствованным управлением и жесткой конструкцией необходимы для компаний, желающих попасть в сегмент медицинской обрабатывающей промышленности.
Охлаждающая жидкость также может сыграть ключевую роль при обработке и в создании мелких деталей для стоматологической промышленности. Высокоточная подача охлаждающей жидкости именно туда, где она необходима, помогает контролировать стружку и срок службы инструмента.
«Мы пересмотрели преимущество жидкости высокого давления, в настоящий момент я думаю, что более важно иметь точную подачу охлаждающей жидкости, чем подачу охлаждающей жидкости под большим давлением», - сказал Бертон. По поводу инструмента, он предлагает использовать пластины с покрытием PVD при работе с зубными элементами.
Новые направления в производстве мелких деталей
Хотя 3D печать не является ключевым направлением основного производства мелких деталей, однако эта технология хорошо подходит для создания некоторых изделий на заказ необходимых в стоматологической отрасли. Кроме того, используемое оборудование небольшое по габаритам, в связи с чем оно легко помещается в обычной стоматологической лаборатории или офисе.
Stratasys, разработчик технологии, предлагает 3D-принтеры, специально предназначенные для изготовления точных стоматологических изделий. К ним относятся Stratasys J700 Dental ™ (который специализируется на производстве прозрачных выравнивающих арок) и Objet Eden260VS Dental Advantage (которые создают коронки и мосты). ЗD принтер сканирует рот пациента, а затем печатает необходимые элементы слой за слоем. Для таких задач в 3D-принтерах используются различные материалы, в том числе биосовместимые фотополимеры.
В любом случае, в настоящее время трехмерная печать занимает лишь небольшую нишу в секторе производства зубов. «В настоящее время очень трудно оценить влияние новых технологий. Существует много технологий, которые имеют большие перспективы на стоматологическом рынке, включая 3D печать», - сказал Ховард. «Я думаю, что существуют определенные типы стоматологических продуктов и материалов, с которыми на данном этапе развития все же 3D печать не справится».
Тем не менее, признанные компании-производители станков ЧПУ и режущих инструментов изучают возможность 3D печати, а некоторые уже добавили эту технологию в свою линейку продуктов. Когда дело доходит до стоматологического сектора, 3D печать кажется очень подходящей для производства определенных стоматологических элементов.
«У всех людей свои особенности ротовой полости. 3Д принтер создают матрицу зуба, а затем делают зубную коронку на основании этой матрицы. Это просто великолепно! Они сканируют, затем распечатывают и дело сделано. Я думаю, что это больше подходит для выполнения продукции на заказ. На сегодняшний день трудно себе представить 3D печать на уровне массового производства, но для нестандартных вещей, я думаю, это то, что надо», - сказал Бертон.
Еще раз про скорость при обработке мелких деталей
Использование высоких скоростей шпинделя, например, от 20000 до 30000 об/мин важно при обработке мелких деталей, это снижает нагрузку во время проходов инструментом. Это также позволяет операторам станков чпу увеличить скорость подачи. Высокоскоростная обработка имеет два основных преимущества:
- Минимизирует количество материала, срезаемого за проход, но это в свою очередь в несколько раз увеличивает скорость проходов;
- Уменьшает мощность и крутящий момент, необходимые для обработки, уменьшая тепло, выделяемое в зоне резания. Кроме того, из-за скорости резания тепло стремится проникнуть в стружку, а не в основной материал.
Помимо этого, высокоскоростная обработка на станках ЧПУ также:
- Уменьшает «вязкость» материала;
- Уменьшает упрочнение верхнего слоя заготовки, возникающее при обработке;
- Сокращает время цикла;
- Улучшает точность и качество деталей;
- Улучшает чистоту поверхности заготовки.
