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2022年09月08日

满足医疗装备中难切削材料的极高加工质量要求

满足医疗装备中难切削材料的极高加工质量要求 2011年12月12日来源：切削设备就如精密加工所常见的一样，也是加工很多医疗器械和移植件的基础。但是，从单个元件、单个方案，一直到自动化和流程以及工艺的可追溯性在技术装备上仍有一些独特之处。其中一个重要的原因便是满足难切削材料的极高加工质量要求。对医疗设备加工机床的特殊要求主要涉及加工设备的能力和加工工艺水平、加工设备和外围设备的可靠性和可操作性以及与现有医疗设备生产区域的可集成性（图1）。此外，制造厂商还需要负责实现对生产文件的编制和生产的可追溯性并尽可能降低工艺差错率。

图1 对诸如高合金钢腿部锉刀等一类部件的加工，向机床提出了特别高的要求。加工完成的锉刀将被用作外科治疗器具

牙科所需工件要求采用很小的夹具Mikron HSM 400U Prodmed和Mikron HSM 400U Prodmed Dental（图2）之间的差异在于不同的夹具大小和不同的切屑管理方式。在牙科应用领域，加工工件只是一个小方块，其边长只有10cm。因此，只能采用相应较小的夹具（System 3R Macro）。小夹具的好处在于对工件外形破坏较小。在移植件上，钛金属扮演着一个重要的角色。在对这种材料进行粗加工时，铣削刀具上往往容易产生积瘤。如果主轴采用较低的转速和较大的进刀角度，则可以很好解决这个问题。同时，在对此类材料进行精加工时，主轴的速度就要达到30000 r/min或以上。因此，使用了瑞士Step-Tec公司的驱动轴产品，该产品可以达到所需的应用范围。此外，设备的各个元件都要达到一致的动力性，这一点也非常重要。这种灵活性可以实现较短的作业循环时间和较高的加工表面质量。

图2 Mikron HSM 400U Prodmed Dental机床在外观上与普通铣床没有两样，针对医用目的，这种铣床的特别之处是采用特制的夹具系统，它可以牢固夹持较小的工件

向机床提出另一些要求的是高合金钢，例如X10CrNiS18-9合金材料。针对这种材料，加工主轴应具备特别大的扭矩。对整体设备系统也必须进行相应的设计。采用带有相应设计的固定轴的Mikron UCP 600 Vario Prodmed铣床，可以对工件进行五轴铣削加工并达到较大的切削量。由于采取灵活的自动化技术方案，还可以实现刀具和托盘的自动转换。生产洁净的最终产品是最高准则铣床或加工中心在作业中也可以加入润滑油，以替代乳化液，生产出洁净的最终产品。因此，在工件上不得存在可见的缺陷，如加工材料的残余物或毛刺。同样，完善的洁净室技术和消毒措施也是对工艺流程的要求。软件模块可减轻工艺最佳化设定瑞士GF阿奇夏米尔集团研发的Smart-Machine-Module软件系统可使铣削作业变得更加聪明。人机对话功能可以使操作人员获得所需的信息，从而更好地评判切削过程状态。由此可以改善工艺安全性，提高工件的加工品质，特别是针对无人操作的自动作业。从总体上说，此类铣削加工可以达到更高的效率。Prodmed铣床设有测量刀具的激光器和测量工件的3D按钮，这是实现可靠生产和良好追踪性的前提条件。结合采用Heidenhain公司的iTNC 530控制系统和Smart Machine软件模块，可以最佳调节和监控设备及工艺流程的状态。此外，如有需要，还可以通过电话远程监控。工艺流程数据可用于文件资料编制。铣削加工的医疗部件种类繁多，即便是单件加工，也需要采用自动化辅助的加工流程。因此，对于移植桥架等部件，便可采用Mikron HSM 400U Prodmed Dental铣床，配以OpenMind公司的Hyperdent CAM软件程序，进行五轴铣削加工（图3）。

图3 针对单件加工，也值得采用自动化工艺。在此例中，托盘更换装置对加工流程起到辅助作用

采用极小铣刀对毛坯件进行加工对全陶瓷桥架的制造还是相当新颖。与采用硬金属或陶瓷转位刀片的制造作业相比，这里所指的是对毛坯件进行烧结。烧结时产生的收缩量可以被准确计算出来。Mikron HSM 400U Prodmed Dental加工中心以大约为1mm直径的极小铣刀和磨针，依据牙科实验室的CAD/CAM数据，对棒状毛坯半成品进行造型（图4）。主轴转速最大可达42000r/min。螺旋柱移植物可以采用Mikron HSM 400U Prodmed设备进行加工。而Mikron UCP 600 Vario Prodmed机床则适合于对腿部锉刀等医疗器械的加工。

图4 在制造完全陶瓷的桥架时，采用烧结的毛坯件。它采用直径只有1mm的极微小铣刀和磨针，被制造成所需的形状

在医疗行业，结合采用智能化的加工工艺，可以实现良好的经济效益。在治疗眼疾的器具上，有好多个部件都可以在Mikron HSM 400 Prodmed机床上接受铣削加工。所属的微型陶瓷刀片也可以在AC Vertex F型线切割机床上进行加工。在这里，有一部分眼病治疗器械就采用线切割工艺，进行内、外面的加工。微型刀片是一种极精密、电子控制的切削工具，所加工的工件才只有大拇指一样大小。(end)