醫(yī)療器械行業(yè)的器械加工解決方案

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近年來，醫(yī)療器械行業(yè)呈動態(tài)增長趨勢，醫(yī)療器械制造商們也在持續(xù)尋覓更佳的車削中心及刀具以提升其競爭優(yōu)勢，這也成為刀具業(yè)增長的一大重要的渠道。伊斯卡正是看到了這個巨大的發(fā)展前景，投入了大量的人力和物力，來研發(fā)醫(yī)療器械加工專用刀具。伊斯卡在總部成立了專門的醫(yī)療器械研發(fā)部門，有7名專業(yè)的工程師從事方案的設(shè)計，他們有著豐富的經(jīng)驗，從事醫(yī)療器械加工刀具的研究都超過了12年。目前，用于醫(yī)療器械行業(yè)的刀具在伊斯卡刀具產(chǎn)品中的比重約為6%～7%，預(yù)計在今后2～3年，這個比重將會上升到10%～12%。 

　　難加工的鈦合金材料 

　　90%的醫(yī)療器械植入部件由Ti6Al4V鈦合金制成，源于輕質(zhì)、高強(qiáng)度及高的生物相容性，鈦合金6AL-4V成為醫(yī)用植入器械的最常用的材料。鈦合金6AL-4V通常用于髖關(guān)節(jié)、骨螺釘、膝關(guān)節(jié)、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(chǎn)生的切屑薄，并在刀具上形成相對小的接觸區(qū)域。另外，加工過程中高的切削力，結(jié)合切屑流動時的摩擦力，將綜合導(dǎo)致刀具局部切削熱過高。而鈦合金熱傳導(dǎo)性差，令切削熱不能很快地傳導(dǎo)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(chǎn)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(yīng)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(guān)鍵是保證整個系統(tǒng)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)合金化的趨勢，其切屑有焊接到刀具表面的趨勢。 

　　可靠緊湊的機(jī)床夾具 

　　醫(yī)療器械加工設(shè)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(fù)雜的零件，像加工骨頭及關(guān)節(jié)的替代件就相當(dāng)復(fù)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(fù)雜而昂貴的夾具。增加加工復(fù)雜性的另一因素是公差范圍窄。 

　　醫(yī)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(tǒng)可靠性高。從而，也就對機(jī)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(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺等先進(jìn)的醫(yī)療器械加工設(shè)備上加工。這些機(jī)床的特點大都是尺寸非常小、結(jié)構(gòu)非常緊湊。 

　　醫(yī)療器械零部件加工的特點及其要求，無疑推動了加工技術(shù)以及解決方案的發(fā)展，以提高中小企業(yè)加工醫(yī)用器械的競爭力及生產(chǎn)效率。 

　　穩(wěn)定高效的刀具 

　　一般來說，醫(yī)療器械行業(yè)與其他機(jī)械加工行業(yè)有三點不同： 

　　第一，對機(jī)床的要求比較高，像瑞士自動車床、多主軸機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺等先進(jìn)的醫(yī)療器械加工設(shè)備，與通�？吹牡募庸ぶ行募败嚧餐耆�不同，他們的尺寸非常小、結(jié)構(gòu)非常緊湊。順應(yīng)這樣的要求，刀具的結(jié)構(gòu)也需要有特殊的設(shè)計，要求刀具的尺寸也要很小，同時還要保證刀具的剛性。像伊斯卡SWISSCUT系列專門針對凸輪式機(jī)床，減少了加工區(qū)域狹小易產(chǎn)生干涉的問題，可以很方便地從刀桿的兩側(cè)更換刀片，高精度的刀片和牢固的刀座設(shè)計保證了高的重復(fù)定位精度。MINCUT是伊斯卡最新研發(fā)的刀具，既可用于車削，也可用于銑削，小規(guī)格刀具卻具有高剛性，可應(yīng)用于多主軸機(jī)床或者是加工中心上。 

　　第二點是，對加工效率要求高，對于醫(yī)療器械而言，最看重的就是加工效率，也就是加工節(jié)拍，要求在最短的時間內(nèi)，能夠更換刀片。伊斯卡的MULTI-MASTER變形金剛可換刀頭系列，只需要幾秒鐘就可換上不同的銑刀頭�？鞊Q刀頭的理念，對加工節(jié)拍具有很好的保證。此外，要求刀具的壽命要盡可能的穩(wěn)定、盡可能的長。應(yīng)盡可能采用高品質(zhì)的刀具，兼具涂層、刃口、斷屑槽型、刀具結(jié)構(gòu)形式的整體配合的。這樣，才能保證機(jī)床24小時運轉(zhuǎn)，才能以非常高的生產(chǎn)效率與市場上其他的競爭對手進(jìn)行競爭，從而取得競爭優(yōu)勢。 

　　第三，從工件本身來說，與其他機(jī)械零部件有著很大的區(qū)別。植入人體的醫(yī)療器械首先要求表面光潔度非常好，精度非常高，不能有任何偏差，這就需要刀具從刀片結(jié)構(gòu)的設(shè)計到刀片涂層的設(shè)計都要滿足很高的加工要求。此外，還包括刀片的重復(fù)定位精度，在保證效率提高的同時不能忽視高質(zhì)量的要求。 

　　完整的解決方案 

　　伊斯卡深入分析了醫(yī)學(xué)器械工業(yè)植入物的特點，以提高這些非常關(guān)鍵的元件的加工性。因此，伊斯卡也設(shè)計制作特制刀具、刀片以及卷屑槽以加工鈦合金Ti6Al4V并獲取此特別領(lǐng)域所需的高精度的公差值。為配合此類零件制造商采用他們已有的生產(chǎn)設(shè)備，伊斯卡也提供特制刀具以滿足不同應(yīng)用。 

　　伊斯卡研制的帶鋒利切削刃的整體硬質(zhì)合金立銑刀可用于凹型零件的加工并免除毛刺。這些立銑刀能在半精加工及精加工中，實現(xiàn)最大0.01mm余量的拋光銑。我們也研發(fā)同時應(yīng)用于加工鈦合金及不銹鋼的刀具——基于超細(xì)晶�；�體進(jìn)行PVD涂層，實現(xiàn)了高切削速度+高進(jìn)給的高速加工。銑刀直徑小，編程中可采用偏斜加工策略，其優(yōu)點是可獲得刀具外徑上的切削速度，排屑流暢，切削區(qū)域接觸面積下，切削熱更低。 

　　伊斯卡的研發(fā)部門發(fā)現(xiàn)，車削應(yīng)用在醫(yī)學(xué)器械工業(yè)中，刀片牌號抑或卷屑槽都需要改進(jìn)。為滿足用戶需求，伊斯卡研制了高品質(zhì)的磨制刀片，諸如VCET、DCET、CCET等，刀片槽型為WF。伊斯卡的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)保障了此類改進(jìn)刀片帶有拋光的卷屑槽，以實現(xiàn)半精加工及精加工的出色表面質(zhì)量。在某些特殊應(yīng)用中，伊斯卡可提供帶MD卷屑槽的VCGT刀片，以獲取高表面質(zhì)量。伊斯卡的JET-CUT系列切斷刀，刀片寬度3mm和4mm，加工表面質(zhì)量高，刀具壽命長。源于伊斯卡的信念——升級無極限，伊斯卡已研制出基于TANG-GRIP系列的HP高壓冷卻系統(tǒng)刀具。 

　　采用經(jīng)過實踐證明過的工藝及刀具和驗證過的切削參數(shù)可以更及時地面對市場推出的醫(yī)療器械零部件零部件加工�；�于多年在醫(yī)療器械行業(yè)的經(jīng)驗，伊斯卡還推出了醫(yī)療器械行業(yè)的刀具套盒，配合DMG機(jī)床，共同為客戶提供交鑰匙工程。