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德克刀具磨床在医疗器械领域的应用 |
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作者：德克精密机械制造公司 曾金磊 |
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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。
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。
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。
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；
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；
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；
预成型的毛胚
安装在机床夹具上
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
建立3D模型
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。
用金刚石滚轮进行粗精磨
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。
德克刀具磨床上生产的其他用途的医疗器械
(end)
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(12/20/2009) |
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