醫(yī)療器械行業(yè)的器械加工解決方案
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(guò)程剪切角大，產(chǎn)生的切屑薄，并在刀具上形成相對(duì)小的接觸區(qū)域。另外，加工過(guò)程中高的切削力，結(jié)合切屑流動(dòng)時(shí)的摩擦力，將綜合導(dǎo)致刀具局部切削熱過(guò)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(huì)綜合引起月牙洼的產(chǎn)生，并引起刀具的快速失效。
相對(duì)低的彈性模量，使得鈦合金相對(duì)于鋼彈性佳。因此，應(yīng)避免切削力過(guò)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(shì)，引起震顫、摩擦甚至公差問(wèn)題。解決問(wèn)題的關(guān)鍵是保證整個(gè)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(shì)，其切屑有焊接到刀具表面的趨勢(shì)。
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(duì)機(jī)床、夾具、刀具、CAM軟件等提出了高的要求。工件通常在瑞士自動(dòng)車床、多主軸機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(diǎn)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(diǎn)及其要求，無(wú)疑推動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力及生產(chǎn)效率。
穩(wěn)定高效的刀具
一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)療器械行業(yè)與其他機(jī)械加工行業(yè)有三點(diǎn)不同：
第一，對(duì)機(jī)床的要求比較高，像瑞士自動(dòng)車床、多主軸機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等先進(jìn)的醫(yī)療器械加工設(shè)備，與通常看的的加工中心及車床完全不同，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(jì)，要求刀具的尺寸也要很小，同時(shí)還要保證刀具的剛性。像伊斯卡SWISSCUT系列專門(mén)針對(duì)凸輪式機(jī)床，減少了加工區(qū)域狹小易產(chǎn)生干涉的問(wèn)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(jì)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(diǎn)是，對(duì)加工效率要求高，對(duì)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(shí)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。快換刀頭的理念，對(duì)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(zhǎng)。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(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，才能以非常高的生產(chǎn)效率與市場(chǎng)上其他的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，從而取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
第三，從工件本身來(lái)說(shuō)，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(jì)到刀片涂層的設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)，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(jì)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(shí)現(xiàn)最大0.01mm余量的拋光銑。我們也研發(fā)同時(shí)應(yīng)用于加工鈦合金及不銹鋼的刀具——基于超細(xì)晶粒基體進(jìn)行PVD涂層，實(shí)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(diǎn)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(mén)發(fā)現(xiàn)，車削應(yīng)用在醫(yī)學(xué)器械工業(yè)中，刀片牌號(hào)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(shí)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(zhǎng)。源于伊斯卡的信念——升級(jí)無(wú)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(guò)實(shí)踐證明過(guò)的工藝及刀具和驗(yàn)證過(guò)的切削參數(shù)可以更及時(shí)地面對(duì)市場(chǎng)推出的醫(yī)療器械零部件零部件加工。基于多年在醫(yī)療器械行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，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。
