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德克刀具磨床在医疗器械领域的应用
作者:德克精密机械制造公司 曾金磊
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磨床/珩磨设备展厅
平面磨床, 外圆磨床, 无心磨床, 内圆磨床, 万能磨床, ...
人工膝关节的制造实例

随着人们对膝关节的生物力学研究不断深入,膝关节假体设计理念不断更新,人工膝关节置换手术也日趋成熟,手术效果逐渐获得了临床的肯定。目前,人工全膝关节置换术被认为是治疗终末期或严重的膝关节炎最有效、最成功的手术之一。初次全膝关节置换的长期随访结果令人鼓舞:手术成功率达95%~98%。在一些发达国家,每年有大量的患者接受人工全膝关节置换术。经过几十年的发展,目前膝关节置换术已经是一种比较成熟的骨科手术,有一定的程序化手术操作规范和模式。然而,该手术对施术医生的操作水平有较高的要求的同时,人工膝关节的质量好坏以及安装位置,对手术的效果有着很大的影响,直接关系到患者的健康。

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在人工关节置换术中,假体的应用是一个不可或缺的环节。然而,在我国完成的近万例人工膝关节置换术中,大部分假体来自国外厂家,专家们对国产假体提出了一些希望。专家们认为,目前大部分国产假体为仿制品,技术含金量低,而价格仍然偏高,可供选择的品种也不多,产品质量与国外厂家存在较大差距,部分产品只能依赖国外进口。专家们呼吁,国内相关厂家要加大产品研发的力度,争取在人工关节假体这一庞大的市场中占有一席之地。

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那么是什么制约了我国人工关节的发展,使得国产假体与国外发达国家差距如此之大?众所周知,有些人工关节形状非常复杂,轮廓精度和表面光洁度要求极高,只有高精度的5轴万能磨床才能达到其要求,所以问题的关键在于人工关节在5轴磨削中心上的加工,5轴磨削中心的精度和效率直接影响了产品的质量与成本,只有正确的加工方法加上高精度的5轴磨床才能成就高品质的产品,而高品质的产品决定了患者的健康。作为世界高端磨床的领跑者,德克机床给出了最佳的解决方案,我们愿尽其所能为患者排忧解难。

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机床外观图

德克精密机床总部位于世界名城慕尼黑以南50公里,着名旅游度假胜地Weilheim市,拥有超过50年的精密磨床制造经验,其独一无二的立式结构是工具磨削领域革命性的创新。众所周知,立式原理加工刀具时,机床能够承受大多数的载荷,工件不再是悬臂状态,避免了重力作用下综合误差的产生,消除了悬伸长度带来的加工误差,使得工件在加工中的受力更合理;S22P自带8工位砂轮库,可同时使用各种不同形状、尺寸、粒度和材质的砂轮,可满足不同种类规格、形状和材质刀具,一次装夹便可完成粗精加工要求,大大提高生产效率和产品精度;主轴电机是配有独立的水冷系统的高精密电主轴,直接对主轴电机进行恒温冷却,保护主轴,保证主轴的高寿命,机床能够在较高转速下衡扭矩输出,确保磨削任务的顺利完成;五轴光栅尺全闭环反馈系统,保证产品每个尺寸都精确无误。德克的工程师们在医疗器械领域有着非常丰富的加工经验,下面我们以人工膝关节为例,将德克公司在医疗器械加工方面的宝贵经验与大家分享。

人工膝关节的加工大致可分为以下几个步骤:

1. CAD 3D建模 (STEP, IGES, etc.):工程师们可以通过自己熟悉的UG、Solidworks、Pro_E等3D软件建造人工膝关节的三维模型;

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2. CAD-CAM:将CAD 3D模型数据转化为机床所识别的运动轨迹,在机床内生成相应G代码;

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3.测量: 将预成型毛坯和夹具装入机床,通过精准的在线自动测量系统,自动测出工件与夹具的位置;

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预成型的毛胚

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安装在机床夹具上

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测量

4. 粗铣仿形轮廓:根据之前建立的3D模型,首先经过粗铣,为粗磨消除大部分余量;德克机床配备了五轴全闭环光栅尺反馈系统,最高直线轴分辨率可达到0.0001mm,旋转轴分辨率可达惊人的0.00005°,通过精准的五轴联动控制,精确保证铣削时各部位余量大小,确保整个轮廓余量均匀;

刀具规格:φ10mm-R2, 4刃R铣刀
循环时间:约5min

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建立3D模型

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在机床上粗铣

5.粗/精磨轮廓达尺寸要求:通过砂轮库的配合,完成粗、精砂轮的在线更换,一次装夹便可同时完成粗、精磨加工,避免了重复装夹误差,更加准确的控制精磨余量;磨头独立冷却系统保证机床在长时间连续工作下温度恒定,避免了因温度变化引起的机械膨胀;大理石基座将磨削过程中机床的振动和热膨胀降至最低,最大限度的保证了产品精度和批量生产的一致性;

粗磨砂轮规格:φ125mm R5 粒度D181;
精磨砂轮规格:φ125mm R4 粒度D64。
循环时间:约5min;
循环时间:约20min。

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用金刚石滚轮进行粗精磨

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人工膝关节毛坯料与最终产品对比

经过简单的几个步骤便将毛坯料变成了一个精致的人工膝关节,它将帮助一个生命重新站立起来,或许患者永远不会知道德克是如何帮助他的双腿重获新生,但在健康的生命面前,这些已显得不再重要,用最前沿的科技换取患者最健康的笑容,是德克公司一向追求的目标。

从精巧干练的单刃磨刀机SO和SOE到风靡全球的万能手动工具磨S11,再到如今最高效的数控5轴万能磨削中心S20E和S22P,这些都见证了德克在技术创新领域的进步与发展。远到国防军工、航空航天、地质勘探,近到医疗、电子、通讯、汽车、纺织等,德克科技已逐渐渗透在人们生活的每个角落。

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德克刀具磨床上生产的其他用途的医疗器械

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文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2009-12-20)
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