IBA optimaliseert fabricageproces van patiëntspecifieke componenten voor medische apparatuur

IBA is gespecialiseerd in de fabricage van toestellen voor protontherapie, een vorm van radiotherapie voor een zeer gerichte behandeling van de aangetaste zones. Om deze relatief nieuwe behandeling meer toegankelijk te maken voor patiënten wereldwijd wil het bedrijf deze beter betaalbaar maken, voor patiënt, ziekenzorg en zorgverstrekker, en wil het ook het aantal centra dat de technologie aanbiedt verhogen.  De toestellen voor protontherapie maken gebruik van geladen partikels en dit via 'pencil-beam scanning' (ook gekend als 'spot scanning'), waardoor ze preciezer zijn. Om een optimale precisie van de technologie te garanderen, zijn vaak specifieke onderdelen, zoals diafragma's en compensatoren, nodig die speciaal vervaardigd zijn per patiënt en zelfs per stadium van de behandeling. 

Precieze onderdelen produceren in medische omgeving

Diafragma's en compensatoren zijn noodzakelijk in de partikeltherapie. Klinische vereisten, naast de beschikbaarheid van de machine en de doorvoercapaciteit die nodig is in een medische omgeving, zijn eerder ongewoon in bewerkingstechnologie, waardoor de beschikbaarheid van geoptimaliseerde, kant-en-klare oplossingen klein is. Tegelijk moet de productietijd tot een minimum beperkt blijven, om de tijd tussen behandelingsplanning en levering te kunnen verkleinen. Men kan kiezen voor bewerkingscapaciteit in het ziekenhuis, om een flexibele reactietijd te verkrijgen voor planning en herplanning. 

Voor de fabricage van deze patiëntspecifieke componenten moesten optimalisatiemogelijkheden worden geïdentificeerd en getest, zowel methode als materiaal. Dit moest leiden tot een verbeterde snelheid, met een  grotere doorvoercapaciteit en flexibiliteit in de organisatie als resultaat. Hiervoor werkten IBA en ProCure, een Amerikaans medisch centrum en klant van IBA die gebruik maakt van de toestellen, onder meer samen met Sirris en 4D CAM. 

Gestandaardiseerde testen

Een hogere bewerkingssnelheid is haalbaar door het spaandebiet te verhogen, wat een directe impact heeft op de snijparameters en indirect op parameters als koelmiddel, snijkantsgeometrie en deklagen. De theorie werd getoetst aan de praktische ervaring van de verspaningsdeskundigen. Op basis hiervan werden een aantal gereedschappen en snijparameters via twee bewerkingsstrategieën geëvalueerd. De strategieën moesten eerst met succes gestandaardiseerde tests doorstaan, alvorens ze geïntegreerd konden worden in een CAD/CAM-systeem voor testen op effectieve componenten, zoals compensatoren. 

Voor het onderzoek werden transparant plexiglas en Blue Wax als te bewerken materialen gekozen, als bewerkingsstrategieën plungend of borend frezen (Z-richting) en pocketruwfrezen (XY-richting), gecombineerd met plungend frezen (Z-richting). Beide technieken maken gebruik van een conisch gereedschap (helling van 3°). Bij de tweede techniek wordt eerst gebruik gemaakt van een klassiek cilindervormig gereedschap, om het grootste deel van het materiaal al te verwijderen, alvorens over te schakelen op het conisch gereedschap voor de nabewerking. 

Uit de testen bleek dat voor de conische gereedschappen de kritische eigenschap om de kwaliteit te garanderen het gebruik van een centrumsnijdend snijgereedschap was, terwijl parameters zoals het aantal snijtanden en de spaanhoek een beperkte invloed hebben. Volume afnemen met zuiver plungend frezen was veelbelovend in vergelijking met de klassieke benadering, maar bleek uiteindelijk minder efficiënt dan het gebruik van een cilindrisch gereedschap. Testen met conische en cilindrische gereedschappen hebben aangetoond dat het materiaal Blue Wax meer ruimte voor bewerkingsoptimalisatie biedt dan plexiglas, dat harder is. 

Aanzienlijke verbeteringen

Dankzij de geoptimaliseerde snijgereedschappen en parameters kon de doorvoercapaciteit voor de productie van de componenten drastisch worden verbeterd, wat verschillende indirecte voordelen bood voor de organisatie binnen het ziekenhuis en de patiënt, waaronder een kortere doorlooptijd, lagere behandelingskosten en een betere workflow in het ziekenhuis door meer flexibiliteit.