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醫療零配件加工_優點與缺點
醫療零配件加工_優點與缺點
      再難加工的材料、復雜的工件形狀以及頻繁的小批量生產對用于加工專業醫療器械的刀具提出了很高的要求,在新的世界經濟一體化浪潮中,全球制造業加速向中國大陸地區轉移已是大勢所趨,中國也將逐步發展成為世界級的制造業基地。
  “全球通用航空航天、機械、汽車能源、醫療、軌道交通、模具機床等行業都離不開刀具裝備。”從今后發展趨勢來看,全球刀具市場未來5年預計年增長3%~5%,按這樣的增長速度,我們仍然穩居世界第一把交椅。從國內刀具的供應來看,國產刀具占據主流地位,達65%。
  醫療器械行業呈動態增長趨勢,醫療器械制造商們也在持續尋覓更佳的車削中心及刀具以提升其競爭優勢,這也成為刀具業增長的一大重要的渠道。
一、醫療器械行業對專業的精密刀具提出了新要求
  難加工的材料、復雜的工件形狀以及頻繁的小批量生產對用于加工專業醫療器械的刀具提出了很高的要求。如移植產品和假肢,在成功的外科手術中起著十分重要的作用,可幫助外科醫生實現最佳的醫療效果。加工醫療器械的刀具在很大程度上決定著醫療器械的質量。
  刀具在醫療器械制造中的用途是多樣廣泛的,可以加工大型設備(如電腦X線斷層攝影機)外殼類較簡單的工件,而對于移植產品或用于修復顱蓋骨或治療骨折的工件生產則更富有挑戰性。
醫療零配件加工
  1.精密——最基本的要求
  微米范圍內的公差在醫療行業很常見,選擇正確的刀具需要敏銳的洞察力和豐富的經驗。一方面,即使鉆削小孔也需要使用潤滑劑減小摩擦,可靠地散熱和處理刀刃處的細鐵屑;另一方面,在生產尖端醫療器械時(無毛刺)時需要使用鋒利且運轉平穩的切削刀具以獲得高質量的表面。常用切削工具是高速鋼鉆頭或整體硬質合金鉆頭。
  例如,德國瓦爾特集團的瓦爾特-蒂泰克斯(Walter Titex)鉆頭針對如鈦、不銹鋼、貴金屬甚至復合材料等難加工材料進行加工,該系列產品加工中心孔的標準尺寸為0.05~46mm,內冷式鉆頭的直徑可達0.75mm。
  2.銑削和鉆孔——牙齒修復
  作為一項標準,瓦爾特集團的瓦爾特-普瑞特(Walter Prototyp)產品Protostar系列整體硬質合金刀具的直徑范圍為0.3~20mm。普瑞特生產工廠位于德國,是醫療行業的知名供應商。其絲錐和螺紋銑刀主要用于加工鈦合金,比如接骨螺釘或髖關節,直徑為1.6mm的螺紋銑刀也可用于生產牙齒修復產品。
  3.定制復合刀具方案節省時間和金錢
  與從事其他行業的公司一樣,從事醫療行業的公司也面臨著日益增長的成本壓力。一個公司要想立足于競爭激烈的國際化大舞臺,就必須以低成本生產出高質量的產品。對于移植產品(一般由高合金鋼、鈦或鈦合金制成)而言,特殊的材料以及復雜的工件幾何形狀對產品的精確性提出了很大的挑戰。
  針對某些加工,以前可能需要三把標準刀具,但現在只需要一把復合刀具,以一道工序代替以往的三道工序,從而節省了時間和成本。
醫療零配件加工
  比如,加工1500個工件,每一工件節約2分鐘,就可以節約50小時的機器工時。這種復合刀具方案的缺點是并不在通用刀具樣本中體現。而蘇敏特公司提出的“CATexpress”定制非標刀具的服務,則與常規的非標服務不同,其交貨期可從以往的6-8周減少到14天。該服務以一個特殊的軟件程序為基礎,當用戶連接到英特網并輸入了所有信息(如應用信息或機床類型)后,系統便會輸出一個包含需要參數的訂單記錄。公司在收到訂單之后,可以在最短的時間內開始生產所需的非標刀具。
二、醫療器械產品加工難點分析
  1.難加工的鈦合金材料
  90%的醫療器械植入部件由Ti6Al-4V鈦合金制成,源于輕質、高強度及高的生物相容性,鈦合金6AL-4V成為醫用植入器械的最常用的材料。鈦合金6AL-4V通常用于髖關節、骨螺釘、膝關節、接骨板、種植牙、脊椎連接元件的制作。鈦合金具有加工硬化的特性。加工過程剪切角大,產生的切屑薄,并在刀具上形成相對小的接觸區域。另外,加工過程中高的切削力,結合切屑流動時的摩擦力,將綜合導致刀具局部切削熱過高。而鈦合金熱傳導性差,令切削熱不能很快地傳導出去。于是,大量的切削熱集中于切削刃及刀具表面。高的切削力,切削熱會綜合引起月牙洼的產生,并引起刀具的快速失效。
  相對低的彈性模量,使得鈦合金相對于鋼彈性更佳。因此,應避免切削力過大,以保障工件的反彈小。薄壁件在刀具壓力下有變形的趨勢,引起震顫、摩擦甚至公差問題。解決問題的關鍵是保證整個系統的剛性,采用鋒利切削刃、正確的幾何形體的刀具是非常必要的。另外,鈦合金具有在高溫下與切削刀具發生化學反應合金化的趨勢,其切屑有焊接到刀具表面的趨勢。
2.可靠緊湊的機床夾具
  醫療器械加工設備需要能加工由難加工材料(如鈦合金或不銹鋼)制成的、精度要求高的小而復雜的零件,像加工骨頭及關節的替代件就相當復雜。由于被加工材料的切削性能差,毛坯通常為棒料——這意味著大量金屬需要被去除。因此,一部分零件被鑄造成接近成品的形狀,但這也增加了麻煩——需要制造復雜而昂貴的夾具。增加加工復雜性的另一因素是公差范圍窄。
  醫療器械零部件工件材料、加工精度、表面光潔度等要求高,這就要求加工系統可靠性高。從而,也就對機床、夾具、刀具、CAM軟件等提出了極高的要求。工件通常在瑞士自動車床、多主軸機床和回轉工作臺等先進的醫療器械加工設備上加工。這些機床的特點大都是尺寸非常小、結構非常緊湊。醫療器械零部件加工的特點及其要求,無疑推動了加工技術以及解決方案的發展,以提高中小企業加工醫用器械的競爭力及生產效率。
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