Обработка с ЧПУ в медицинской промышленности. Часть 1. Методы и применение

Что делает обработку на станках с ЧПУ подходящей для медицинской промышленности и применения?

Обработка на станках с ЧПУ (числовое программное управление) стала незаменимой в медицинской промышленности благодаря своей способности производить детали с высокой точностью, повторяемостью, эффективностью и адаптируемостью к широкому спектру материалов.

Какие методы обработки с ЧПУ обычно используются в медицинском секторе?

Обработка с ЧПУ включает в себя различные методы, каждый из которых предлагает уникальные преимущества для производства медицинского оборудования.
Ниже приведен обзор наиболее распространенных методов обработки с ЧПУ в медицинском секторе с указанием их операций, областей применения и преимуществ.

Фрезерная обработка с ЧПУ

Фрезерная обработка с ЧПУ предполагает использование вращающихся режущих инструментов для удаления материала с заготовки, что позволяет получать сложные детали с высокой точностью. Оно широко используется для производства широкого спектра медицинских изделий, от имплантатов до хирургических инструментов.

• Прототипирование медицинских изделий.
• Производство ортопедических имплантатов, таких как эндопротезы коленного и тазобедренного суставов.
• Производство хирургических инструментов и эндоскопических приспособлений.
• Создание компонентов для диагностического оборудования.

Токарная обработка с ЧПУ (токарный станок)

Токарная обработка с ЧПУ использует токарный станок для вращения заготовки против режущего инструмента, придавая ей нужную форму. Этот метод идеально подходит для изготовления цилиндрических деталей, таких как штифты, винты и стержни, используемые в различных медицинских приложениях.

• Изготовление штифтов и винтов для ортопедических имплантатов.
• Производство компонентов для малоинвазивных хирургических инструментов.
• Изготовление нестандартной фурнитуры для медицинского оборудования.

5-осевая обработка с ЧПУ

5-осевая обработка с ЧПУ обеспечивает повышенную гибкость и точность благодаря одновременной работе по пяти различным осям. Эта возможность позволяет создавать сложные геометрические формы с жесткими допусками, что очень важно для сложных медицинских приборов.

• Сложные хирургические инструменты, требующие высокой точности.
• Усовершенствованные ортопедические имплантаты сложной формы.
• Индивидуальные медицинские компоненты со сложной геометрией.

Швейцарская методика обработки с ЧПУ

Швейцарская методика обработки с ЧПУ известна своей точностью при изготовлении небольших сложных деталей. Она особенно хорошо подходит для изготовления крупносерийных сложных деталей с жесткими допусками, например, таких, как в малоинвазивных хирургических инструментах.

• Прецизионные компоненты для малоинвазивных хирургических инструментов.
• Детали для диагностических приборов и электронного медицинского оборудования.
• Крупносерийное производство небольших сложных медицинских компонентов.

Электроэрозионная обработка проволокой (электроэрозионный станок)

Электроэрозионная обработка проволокой использует электрические разряды для высокоточной резки токопроводящих материалов. Этот метод идеально подходит для материалов, которые трудно обрабатывать традиционными методами, обеспечивая тонкую детальную резку, не вызывая напряжения в детали.

• Прецизионная резка компонентов для сердечно-сосудистых устройств.
• Изготовление сложных деталей для хирургических инструментов и имплантатов.
• Создание нестандартных форм для прототипов медицинских приборов.

Микрообработка

Микрообработка направлена на производство очень маленьких деталей, часто требующих контроля микроскопом. Эта технология крайне важна для медицинской промышленности, где миниатюризация устройств является растущей тенденцией.

• Микрогидравлические устройства для лабораторной диагностики.
• Миниатюрные компоненты для эндоскопических инструментов.
• Малогабаритные прототипы для разработки медицинских устройств.

Лазерная резка и гравировка

Лазерная резка и гравировка обеспечивают точную резку и маркировку различных материалов. Этот метод используется как для изготовления, так и для идентификации медицинских деталей и устройств.

• Точная резка пластмасс и металлов медицинского назначения.
• Гравировка идентификационных знаков и инструкций на медицинских устройствах.
• Изготовление деталей для протезов и имплантатов по индивидуальному заказу.

Фотохимическая обработка (PCM)

PCM использует химические вещества для травления для удаления материала и создания мелких деталей без механического напряжения. Этот процесс подходит для тонких металлических деталей, требующих высокой точности, таких как сетки и фильтры.

• Производство прецизионных фильтров для медицинских приборов.
• Изготовление детальных металлических компонентов для имплантатов.
• Создание индивидуальных сеток для хирургических операций.

Ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка сочетает высокочастотные колебания с абразивной суспензией для удаления материала. Она эффективна для твердых, хрупких материалов, таких как керамика и стекло, обычно используемых в производстве медицинского оборудования.

• Обработка керамических компонентов для стоматологических и ортопедических имплантатов.
• Прецизионная обработка стеклянных деталей для диагностического оборудования.
• Изготовление на заказ твердых, хрупких материалов для медицинского оборудования.

Шлифование с ЧПУ

Шлифование с ЧПУ использует абразивные технологии для достижения тонкой обработки поверхности и жестких допусков. Оно необходимо для окончательного формирования и отделки деталей, обеспечивая их функциональность и совместимость в медицинских приложениях.

• Обработка поверхности ортопедических имплантатов для улучшения посадки и функционирования.
• Прецизионная шлифовка хирургических инструментов для повышения эффективности работы.
• Окончательная обработка деталей для диагностических и терапевтических устройств.

Какие материалы преимущественно используются в медицинской обработке с ЧПУ?

Выбор материалов для медицинской обработки с ЧПУ очень важен, поскольку они должны отвечать специфическим требованиям медицинского применения, включая биосовместимость, прочность и коррозионную стойкость.
В этом разделе рассматриваются наиболее часто используемые в медицинской обработке с ЧПУ материалы и области их применения.

Металлы

Металлы широко используются в медицинской обработке с ЧПУ благодаря своей прочности, долговечности и биосовместимости.
К основным металлам относятся:

Нержавеющая сталь (например, 316L, 304)

Нержавеющая сталь отличается устойчивостью к коррозии и широко используется в хирургических инструментах, имплантатах и диагностическом оборудовании.

Титановые сплавы (например, Ti 6Al-4V)

Титановые сплавы славятся своей прочностью, легкостью и биосовместимостью, что делает их идеальными для изготовления ортопедических имплантатов и хирургических инструментов.

Кобальтохромовые сплавы (например, CoCr)

Кобальтохромовые сплавы обладают превосходной износостойкостью и используются в имплантатах, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как эндопротезы тазобедренного и коленного суставов.

Алюминий (например, Al 6061, Al 7075)

Алюминий используется для изготовления корпусов неимплантируемых медицинских устройств и оборудования благодаря своей легкости и коррозионной стойкости.

Никель-титановые сплавы (нитинол)

Нитинол известен своей сверхэластичностью и памятью формы, используется в стентах, катетерах и ортодонтических устройствах.

Пластмассы

Пластмассы выбирают за их универсальность, химическую стойкость и простоту стерилизации. К важным пластмассам для медицинской обработки относятся:

PEEK (полиэфирный эфир кетона)

PEEK используется для изготовления имплантатов и хирургических инструментов благодаря своей высокой прочности, химической стойкости и биосовместимости.

Поликарбонат (ПК)

Поликарбонат предпочитают за его прозрачность и ударопрочность, обычно используется в корпусах медицинских приборов и защитных крышках.

Полиэтилен (например, UHMWPE)

UHMWPE широко используется в ортопедических имплантатах благодаря своей износостойкости и низкому трению.

Полипропилен (PP)

Полипропилен используется для изготовления контейнеров, трубок и неимплантируемых компонентов благодаря своей химической стойкости и гибкости.

Акрил (ПММА)

Акрил используется для изготовления линз, компонентов диагностических приборов и рукояток хирургических инструментов благодаря своей прозрачности и простоте изготовления.

ПТФЭ (политетрафторэтилен)

ПТФЭ выбирают за его низкое трение и химическую стойкость, используют в катетерах, прокладках и уплотнениях.

Керамика

Керамика используется в медицинской обработке с ЧПУ благодаря своей биосовместимости, твердости и износостойкости. К основным видам керамики относятся:

Глинозем (оксид алюминия)

Глинозем используется в стоматологических и ортопедических имплантатах благодаря своей твердости и биосовместимости.

Цирконий (оксид циркония)

Цирконий предпочитают использовать для изготовления зубных коронок и имплантатов благодаря его прочности и эстетике.

Нитрид кремния

Нитрид кремния используется для изготовления спинальных и ортопедических имплантатов благодаря своей износостойкости и биосовместимости.

Каковы области применения станков с ЧПУ в медицинской промышленности?

Обсуждая различные области применения станков с ЧПУ, вы узнаете, какую роль они играют как в традиционной, так и в инновационной медицинской практике, подчеркивая свой вклад в развитие медицины и медицины.

Общие области применения

Прототипирование медицинских устройств

Создание прототипов — важнейший этап в разработке медицинских устройств, позволяющий инженерам и дизайнерам проверить форму, посадку и функциональность своих инноваций. Обработка с ЧПУ ускоряет этот процесс, быстро превращая цифровые проекты в осязаемые прототипы. Такая возможность быстрого создания прототипов позволяет проводить итерационные испытания, гарантируя соответствие конечного продукта строгим требованиям в области медицины.

Хирургические инструменты

Ортопедические имплантаты

Ортопедические имплантаты, включая эндопротезы тазобедренного и коленного суставов, изготавливаются с использованием ЧПУ для достижения сложной геометрии и жестких допусков, необходимых для этих критически важных компонентов. Возможность работы с биосовместимыми материалами, такими как титан и PEEK, обеспечивает безопасную интеграцию этих имплантатов в человеческое тело, обеспечивая долговечность и комфорт для пациентов.

Стоматологические имплантаты и инструменты

Стоматологическая отрасль использует ЧПУ для создания имплантатов, коронок и инструментов, используемых в стоматологических операциях и процедурах. Точность обработки на станках с ЧПУ позволяет адаптировать их к индивидуальным анатомическим особенностям пациента, что повышает успешность стоматологических реставраций и операций.

Протезирование

Протезирование в значительной степени выигрывает от возможности индивидуальной настройки, которую обеспечивает обработка с ЧПУ. Изготавливая компоненты с учетом конкретных потребностей пользователей, технология ЧПУ помогает создавать протезы, которые являются более удобными, функциональными и реалистичными, улучшая тем самым качество жизни людей с потерей конечностей.

Диагностическое оборудование

Диагностическое оборудование — от аппаратов МРТ до анализаторов крови — содержит множество деталей, обработанных с помощью ЧПУ. Точность и надежность этих компонентов имеют решающее значение для точной диагностики и мониторинга состояния пациента, что делает обработку с ЧПУ важным процессом в их производстве.

Сердечно-сосудистые устройства

Сердечно-сосудистые устройства, такие как стенты и сердечные клапаны, требуют высочайшей точности и биосовместимости. Изготовление с помощью ЧПУ отвечает этим требованиям, позволяя производить компоненты с необходимой точностью и использовать материалы, безопасные для длительного контакта с кровью и тканями.

Электронное медицинское оборудование

Обработка с ЧПУ вносит свой вклад в производство электронного медицинского оборудования, создавая прочные и точные корпуса, крепления и разъемы. Это обеспечивает надежную работу таких устройств, как кардиостимуляторы, мониторы и аппараты для визуализации, в критически важных медицинских учреждениях.

Эндоскопические хирургические инструменты

Эндоскопические хирургические инструменты, предназначенные для минимально инвазивных процедур, выигрывают от возможностей миниатюризации при обработке с ЧПУ. Эти инструменты требуют сложной конструкции и высокой точности, чтобы проходить через небольшие разрезы, сокращая время восстановления пациентов и улучшая результаты хирургических операций.

Офтальмологические устройства

В офтальмологии для производства различных устройств — от лазерных аппаратов для хирургии глаза до диагностических инструментов для проверки зрения — используются компоненты, обработанные по точным спецификациям. Обработка с ЧПУ обеспечивает высокую степень точности, необходимую для устройств, которые диагностируют и лечат нежные ткани глаза.

Ортопедическое оборудование

Обработка с ЧПУ позволяет изготавливать винты, пластины и стержни, используемые в ортопедической хирургии. Эти компоненты должны точно подходить для заживления и выравнивания костей, что демонстрирует способность технологии ЧПУ производить детали, отвечающие строгим медицинским стандартам.

Новые области применения

Спрос на индивидуальные решения в области здравоохранения привел к появлению индивидуальных имплантатов для пациентов. Обработка с ЧПУ стоит в авангарде этой революции, предлагая возможность изготовления имплантатов с учетом анатомических особенностей человека.
Такая персонализация повышает совместимость и эффективность имплантатов, значительно улучшая результаты лечения пациентов. Благодаря использованию передовых материалов и прецизионной механической обработке имплантаты, изготовленные на заказ, обеспечивают оптимальную интеграцию с телом, предлагая решения, которые не только функциональны, но и в высшей степени индивидуальны.

Носимые медицинские устройства

Носимые медицинские устройства представляют собой значительный скачок к более активному и профилактическому здравоохранению. Благодаря обработке на станках с ЧПУ производители могут создавать сложные и долговечные компоненты для устройств, которые контролируют жизненно важные показатели, управляют хроническими заболеваниями и даже вводят лекарства.
Точность обработки на станках с ЧПУ гарантирует, что эти носимые устройства будут не только надежными, но и удобными и незаметными для повседневного использования, позволяя пациентам принимать активное участие в управлении своим здоровьем.

Компоненты для роботизированной хирургии

Роботизированная хирургия изменила хирургические процедуры, обеспечив высокую точность, сокращение времени восстановления и минимизацию риска заражения. Обработка на станках с ЧПУ является ключевым фактором для изготовления сложных компонентов, из которых состоят эти сложные роботизированные системы.
От шарнирных манипуляторов до миниатюрных хирургических инструментов — технология ЧПУ позволяет создавать детали с точными допусками и гладкой поверхностью, необходимыми для деликатной природы хирургической робототехники.

Биорезорбируемые имплантаты

Биорезорбируемые имплантаты, которые естественным образом растворяются в организме после выполнения своего предназначения, являются значительным достижением в области медицинского лечения. Способность обработки с ЧПУ работать с различными биосовместимыми материалами делает ее идеальной для производства таких имплантатов. Эта технология обеспечивает изготовление имплантатов в точном соответствии со спецификациями, обеспечивая поддержку там, где это необходимо, без долгосрочных осложнений, связанных с постоянными имплантатами.

Микрогидравлические устройства

В области диагностики микрогидравлические устройства стали инструментом для точного манипулирования жидкостями на микроуровне. Обработка с ЧПУ играет важнейшую роль в создании сложных каналов и камер этих устройств, которые используются в самых разных областях — от систем доставки лекарств до технологий «лаборатория-на-чипе».
Точность и универсальность обработки с ЧПУ способствуют миниатюризации и интеграции, необходимой для этих инновационных устройств.

Умные имплантаты

Интеграция датчиков и коммуникаций в имплантаты — это развивающаяся область медицинских технологий. Умные имплантаты, созданные благодаря обработке на станках с ЧПУ, обеспечивают мониторинг показателей здоровья в режиме реального времени и возможность дистанционной корректировки лечения.
Эта возможность не только улучшает уход за пациентами, но и открывает новые возможности для персонализированной медицины, где лечение может быть скорректировано на основе немедленной обратной связи, предоставляемой имплантатом.

Металлические компоненты, изготовленные методом 3D-печати

Хотя 3D-печать является отдельным производственным процессом, она часто работает рука об руку с механической обработкой с ЧПУ для производства металлических компонентов для медицинского применения. Такая комбинация позволяет изготавливать сложные геометрические формы, которые трудно достичь только с помощью традиционной обработки.
Обработка с ЧПУ улучшает 3D-печатные компоненты, обеспечивая их соответствие строгим допускам и качеству поверхности, необходимым для применения в медицине. Эта синергия между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ расширяет границы возможного в медицинском производстве.

Photo by Lucas Vasques on Unsplash