醫(yī)療生物陶瓷cnc加工刀具的優(yōu)化方案

陶瓷對(duì)于中國人來講具有非常獨(dú)特的意義，古代中國生產(chǎn)的陶瓷用品在國外被當(dāng)做稀世珍寶對(duì)待，這些陶瓷通常以日用器具的形式出現(xiàn)。隨著時(shí)代的變遷，現(xiàn)在陶瓷已不僅限于日用范疇，它被廣泛應(yīng)該于航天、軍事、通訊、化工、醫(yī)療等眾多前沿領(lǐng)域，這類陶瓷我們通常稱之為“工業(yè)陶瓷”、“特種陶瓷”、“先進(jìn)陶瓷”等，這些陶瓷制品往往對(duì)產(chǎn)品的精度、光潔度以及其他的一些物理性能要求比較高，要想加工好還是有一定難度。今天我們要講的是關(guān)于醫(yī)療陶瓷加工的一些問題。

　　醫(yī)療上應(yīng)用較多的是陶瓷植入物，加工此類陶瓷構(gòu)件一般要使用磨床、cnc等設(shè)備，經(jīng)過金剛石砂輪來完成磨削。然而金剛石砂輪在接近輪廓、型強(qiáng)及加工其他的復(fù)雜工件形狀方面能力有限，磨床則只能加工外形簡單的構(gòu)件，要想加工復(fù)雜構(gòu)件就必須采用陶瓷cnc來完成。不過無論是磨床還是cnc都會(huì)遇到加工效率低的問題，這也就導(dǎo)致了陶瓷植入物價(jià)格居高不下的一個(gè)主要原因。因此很多人受制于價(jià)格因素選擇由鈦合金或是其他材料的關(guān)節(jié)來替代。

       當(dāng)前生產(chǎn)的絕大多數(shù)植入物均由鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼制成。最常用的植入物用于置換膝蓋和臀關(guān)節(jié)，但也廣泛用作股骨、關(guān)節(jié)及脛骨假體。

       合金植入物與陶瓷植入物相比，使用壽命明顯縮短，并且在使用過程中會(huì)產(chǎn)生其他的一些問題，使得人們?cè)诘钠骄褂脡勖Q于具體應(yīng)用。植入物接受人的活動(dòng)越頻繁，植入物磨損就越快。某些情況下使用壽命僅為 10 年左右，而對(duì)于活動(dòng)較少的人來說，植入物壽命可能長達(dá) 25 年。這意味著對(duì)于接受金屬植入物的年輕人，最初的植入物很可能需要在其一生之中額外更換一兩次。需要注意的是，膝蓋和髖部置換這類骨科手術(shù)的康復(fù)過程十分痛苦且漫長。

       對(duì)比陶瓷植入物，其平均壽命為 75 年，基本等于一個(gè)人的壽命。植入物接受人只需經(jīng)歷一次手術(shù)和一個(gè)恢復(fù)期。此外，不會(huì)像金屬植入物一樣因?yàn)槟p而在體內(nèi)產(chǎn)生顆粒異物。

       另一方面，只有可以經(jīng)濟(jì)高效地加工陶瓷材料，從而使其便于購買且價(jià)格合理時(shí)，陶瓷植入物的優(yōu)勢(shì)才能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。正是這一原因，制造商、大學(xué)及其他的研究機(jī)構(gòu)一直在探索和試驗(yàn)不同的制造方法，以期利用傳統(tǒng)的刀具成功加工陶瓷。截至目前，有一種激光加工方法取得了一些不錯(cuò)的效果。

       這種經(jīng)濟(jì)的陶瓷加工工藝的關(guān)鍵在于專門設(shè)計(jì)的刀片并以及大膽采用多功能機(jī)床上安裝的激光。該機(jī)床能將激光束精確定位在刀片前方，以塑化工件材料，使其易于切割。

       經(jīng)濟(jì)性好的陶瓷加工刀具技術(shù)已開發(fā)出了，包括聚晶金剛石 (PCD) 和立方氮化硼 (CBN) 刀具。其中 CBN刀具在多種陶瓷應(yīng)用中展示了非凡的潛力。此外還測(cè)試采用超硬硬質(zhì)合金刀具來加工陶瓷?！　?/p>

       目前為止，激光輔助加工技術(shù)已使制造商能夠成功地車削、銑削及螺紋加工氮化硅、鋯及氧化鋁等陶瓷材料。但最重要的是，該系統(tǒng)延長了刀具壽命，縮短了這些材料的加工時(shí)間，同時(shí)能夠生產(chǎn)以前無法生產(chǎn)的工件?！　?/p>

       開發(fā)激光輔助加工技術(shù)的這些機(jī)構(gòu)將會(huì)繼續(xù)加深對(duì)陶瓷切割工藝的總體了解，并會(huì)極大地推動(dòng)陶瓷在醫(yī)療行業(yè)以及汽車和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部件和軸承等其他領(lǐng)域中的使用。但目前必須進(jìn)行更多測(cè)試，以更好地了解刀具的刃口處理以及刀具與特定陶瓷材料之間的化學(xué)作用。進(jìn)一步測(cè)試還有助于提高激光的使用效率，從而更快地加熱陶瓷材料，并改進(jìn)工件需加熱部分的精度?！　?/p>

       如果激光輔助加工技術(shù)仍以目前速度發(fā)展，如同二十年前硬車削取代磨削一樣，對(duì)陶瓷的切削加工將來很可能會(huì)取代金剛石砂輪磨削。盡管該方法仍處于初期階段，但在降低醫(yī)療植入物和用于工業(yè)陶瓷零件的制造成本方面已取得了具有里程碑意義的成果。

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