如今，人們對骨科置換和康復(fù)器械的需求日益增長输瓜。醫(yī)療零件包括人造關(guān)節(jié)以及人造板瓦胎、桿和釘，用于修復(fù)或加固人們在發(fā)生事故或患病后受損的身體部位尤揣。據(jù)全球調(diào)研機(jī)構(gòu) Global Market Insights 預(yù)測敛意，到 2024 年，全球骨科器械市場的產(chǎn)值將會增長到 500 億歐元（530 億美元）蝇莲。

競爭推動刀具開發(fā)

在競爭激烈的骨科零件市場胶勾，五家主要供應(yīng)商占據(jù)大約 85% 的市場份額，其他 200 多家公司競爭剩余的份額闭腊。鑒于這種激烈的競爭爹窥，設(shè)備制造商致力于尋求更快、更經(jīng)濟(jì)的零件加工方法哀呕。通過應(yīng)用新型材料膊许，植入物變得更堅固、更輕支捍，并且能夠在人體內(nèi)存續(xù)多達(dá) 25 年之久拭秃。此外，骨科器械是整個生活消費品市場走向個性化的一部分痘涧；醫(yī)療器械制造商都在想方設(shè)法定制自身的產(chǎn)品楚陶，從而適應(yīng)患者對身體外觀和其他偏好的需求。產(chǎn)品多樣性已成為一項關(guān)鍵的競爭優(yōu)勢纤壁。因此左刽，機(jī)床制造商追求研發(fā)能夠快速加工復(fù)雜輪廓零件的方案，而刀具制造商致力于開發(fā)可以提供更高速度和靈活性的刀具技術(shù)酌媒。先進(jìn)的制造技術(shù)方案包括用于機(jī)加工的 3D 打印技術(shù)和先進(jìn)冷卻技術(shù)欠痴。

01 典型零件

骨科器械包括髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換零件、人造肘關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)秒咨、創(chuàng)傷康復(fù)器械喇辽、脊柱骨板以及各種康復(fù)用釘掌挚、桿和緊固件。關(guān)節(jié)重建器械約占 40% 以上的市場份額菩咨，其中大部分是髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換件吠式。這些零件的關(guān)鍵要求是強度、可靠性抽米、輕量化以及生物相容性特占。

02 加工挑戰(zhàn)

骨科零件通常由棒材、鑄件或鍛件加工而成云茸，然后進(jìn)行研磨和拋光是目。對于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入物，最常見的工件材料是鈷鉻合金么鹊，但鈦合金的使用量也在增長耗亮。典型的鈷鉻合金包括 CoCr28Mo6 等，而 Ti6Al4V 鈦合金是最常用的材料勇震。

這兩種材料都具有生物相容性筐知，極其堅硬，因此非常適合制造骨科零件尼摩。然而辱滤，這些相同的屬性也增加了合金的加工難度。鈷鉻合金堅硬耐磨盛闻，彈性大，且導(dǎo)熱性差避晾。這種合金可能包含堅硬的悼晨、導(dǎo)致刀具嚴(yán)重磨損的磨蝕性成分，并會產(chǎn)生堅韌且連續(xù)的切屑啥匀，因此需要使用具有良好切屑控制性能的切削刃槽型蛙梆。

鈦合金很輕且非常堅固。會在加工時變硬催首，并且導(dǎo)熱性差扶踊。熱量集中在切削刃和刀面上。高溫郎任、大切削力和切屑通道的高摩擦?xí)斐稍卵劳菽p和刀具失效秧耗。該材料的彈性模量較低，這在一些植入應(yīng)用中頗具好處舶治，但在加工時材料會從切削刃上彈回分井，因此要求密切留意刀具的鋒利度。

03 冷卻液要求

骨科植入物加工中所用的材料通常會產(chǎn)生過多的熱量霉猛，因此需要使用冷卻液尺锚。然而珠闰，通常對傳統(tǒng)冷卻液的使用有著極其嚴(yán)格的限制，以防止污染零件瘫辩。并且在加工后伏嗜，傳統(tǒng)冷卻液需要進(jìn)行清洗，這個過程耗時且成本昂貴伐厌。此外承绸，在員工身體健康、安全和處理政策方面窑笑，冷卻液本身也會造成環(huán)境問題秕射。另一種冷卻技術(shù)是采用超臨界二氧化碳 (scCo2) 的干式切削技術(shù)。這種超臨界 scCo2 作為一種介質(zhì)综界，把干燥的強效潤滑劑輸送至切削區(qū)瞎角。

隨著融合冷卻系統(tǒng)的誕生，可以在不使用油贴祷、乳液或合成液的情況下加工零件覆靖。當(dāng)二氧化碳在 31° C 以上時，它就變成了超臨界流體胎汁。在這種狀態(tài)下午禽，它會像氣體一樣充滿容器，但密度與液體相似究勺。當(dāng)被輸送到切割區(qū)時绿锋，雖然不會像液氮一樣創(chuàng)造低溫物質(zhì)，但超臨界二氧化碳會膨脹并形成干冰酱劫。因此澄港，全新的冷卻液解決方案帶來更高的冷卻效率，優(yōu)于那些采用高壓水/油柄沮、微量潤滑 (MQL)回梧、液態(tài)二氧化碳和液態(tài)氮的現(xiàn)有系統(tǒng)。

04 3D 打印零件

在骨科器械生產(chǎn)中祖搓，另一項越來越普遍的非傳統(tǒng)制造技術(shù)是 3D 打印技術(shù)狱意，該工藝使用鈦和鈷鉻合金粉末來生產(chǎn)復(fù)雜的、接近凈成形的零件拯欧。在醫(yī)療行業(yè)中详囤，采用選擇性激光熔化 (SLM) 技術(shù)把粉末熔化并逐層制造零件。該工藝允許醫(yī)療器械制造商為患者定制特殊輪廓和尺寸的零件哈扮。此外纬纪，還可以產(chǎn)生均勻一致的微孔表面，從而加速零件與人體骨胳的結(jié)合滑肉。對于精加工包各，通過 3D 打印加工出的零件能夠保持其制造金屬的大部分加工特性摘仅。然而，此類零件可能必須接受印刷后期處理问畅，以減輕加工過程中產(chǎn)生的不均勻應(yīng)力谍益。此外，在加工后期款萎，由于零件接近凈成形且具有復(fù)雜的輪廓逐点，因此零件夾持可能是一項挑戰(zhàn)。

05 置換零件

全膝關(guān)節(jié)置換物通常由三個基本部分組成：一個是稱為股骨零件的輪廓金屬（鈷鉻或鈦）零件饭里，它連接到股骨（大腿骨）的膝蓋末端辞垦。一個是稱為脛骨托的金屬零件，它固定至小腿脛骨的頂部健乾，由短軸或龍骨組成怎棋，用于支撐帶凸起邊緣的扁平表面。最后一個是介于金屬零件之間的塑料軸承插件煌害，能夠使關(guān)節(jié)自由運動象人。

同樣，髖關(guān)節(jié)置換物也包括三個主要部分：一個是頂端帶有股骨帽或頭的金屬股骨柄芦惧，它插入股骨的頂部或臀端蜀谤。一個是置于骨盆內(nèi)的金屬髖臼杯或球窩套件。膝關(guān)節(jié)中的新 alinea 軸承插件和髖關(guān)節(jié)中的塑料杯通常采用 UHMWPE（超高分子量聚乙烯）加工而成耙替。

06 組合制造方法

骨科植入物的金屬合金零件必須具有極佳的表面光潔度亚侠，這不僅有助于最大限度地減少塑料零件的磨損，同時還允許關(guān)節(jié)的預(yù)期壽命達(dá)到 20 年或更長時間俗扇。例如盖奈，在膝關(guān)節(jié)置換物中，股骨零件和脛骨托必須絕對光滑狐援，以保護(hù)塑料軸承插入件不受磨損。

因此究孕，骨科組件的制造通常要求在銑削加工之后進(jìn)行磨削加工啥酱，從而達(dá)到足夠精細(xì)的光潔度。然而厨诸，磨削加工非常耗時镶殷，并且會影響整體制造效率和靈活性。另外微酬，磨削加工還會在基礎(chǔ)零件上產(chǎn)生高溫和應(yīng)力绘趋，導(dǎo)致零件出現(xiàn)尺寸誤差，并影響零件的強度和性能颗管。

通常静冯，先進(jìn)的切削刀具和高速銑削策略可以改善磨削加工肿功，或在某些情況下取代磨削加工。銑削的目的是加工出無毛刺的外形輪廓和優(yōu)異的表面光潔度狱鼎，并且達(dá)到具體所需的表面質(zhì)量卸矾、完整性和尺寸精度。由于已在銑削過程中實現(xiàn)了所定義的表面粗糙度和結(jié)構(gòu)篷浅，因此可以最大限度地縮短拋光等后處理工藝（如果有）的時間填庄。在刀具方面，同樣追求長久可靠的刀具壽命和生產(chǎn)率最大化客娱。

典型應(yīng)用是在 5 軸銑床上使用球頭立銑刀加工由鑄造鈷鉻合金制成的股骨零件题琅。高速仿形銑削策略和高性能立銑刀消除了磨削加工過程。結(jié)果圈机，每個零件的加工周期為 11 分鐘歉活，比以前的方法縮短 50%。通過將骨節(jié)表面的加工由磨削改為銑削笤茴，可以消除廢件的產(chǎn)生蚯唱。整體硬質(zhì)合金立銑刀采用專門的硬質(zhì)合金材質(zhì)以及堅硬的拋光 TiAlSiN 鍍層，確保提供優(yōu)異的金屬去除率和流暢的切削涕癣，從而實現(xiàn)一流的表面光潔度并將拋光時間減至最少哗蜈。

07 多項加工操作

骨科零件的復(fù)雜輪廓通常需要使用一系列特定的專用刀具。例如坠韩，脛骨托涉及七項加工操作距潘，包括粗加工、托底粗加工只搁、托底精加工音比、倒角銑削、T 型槽根切加工氢惋、側(cè)壁精加工/倒角以及根切去毛刺洞翩。需要以最少的人工干預(yù)實現(xiàn)出色的表面質(zhì)量和可靠的刀具性能，從而確保最佳的生產(chǎn)率焰望、最低的成本和最高的質(zhì)量骚亿。

JH770 立銑刀

過去，在完成這類多項操作時熊赖，需要使用特殊刀具來實現(xiàn)每一個所需的輪廓来屠、尺寸和表面光潔度。特殊刀具需要投入大量的設(shè)計和開發(fā)時間以及費用咱窜，而且由于產(chǎn)量較低囚请，其交貨時間可能會延長，供貨性也會受到一定的限制寂逛。

新的方法是開發(fā)和使用可在這些應(yīng)用中高效生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化刀具缚扩，并且這些刀具還必須保留足夠的靈活性痕豺，能夠用于加工骨科行業(yè)中的其他類似零件。（見備注）

全球人口和經(jīng)濟(jì)的增長趨勢表明塑业，人們對復(fù)雜骨科零件的需求量將會不斷增長箱仰。同時，消費者的期待以及醫(yī)療零件制造商在競爭中獲勝的決心低柑，聯(lián)合推動了個性化骨科零件的研發(fā)屁膝，從而滿足不同患者的獨特需求。令人驚訝的是汉统，通過使用比以前用于生產(chǎn)此類零件的定制刀具更靈活穷歹、更具成本效益的標(biāo)準(zhǔn)化刀具，可以實現(xiàn)不同的零件特異性暂畴。

備注

標(biāo)準(zhǔn)化刀具和應(yīng)用支持提供諸多益處

山高密切分析醫(yī)療零件的制造工藝段直，并且運用十多年的醫(yī)療零件加工經(jīng)驗，開發(fā)出了一系列可以加工鈷鉻合金骨科零件的標(biāo)準(zhǔn)化立銑刀溶诞。其目標(biāo)是將專業(yè)化的刀具解決方案轉(zhuǎn)換成更靈活的標(biāo)準(zhǔn)化刀具系列鸯檬。這些刀具的性能特點使其可以廣泛用于各種零件和材料的加工。

新的刀具系列包括 9 種不同的槽型和總共 39 種產(chǎn)品螺垢。通過提供不同型號喧务、圓弧半徑和尺寸的產(chǎn)品，可以擴(kuò)大目前相對較小的產(chǎn)品選擇范圍枉圃。

這些刀具設(shè)計用于加工各種骨科零件（包括膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)）上通用的特定構(gòu)件功茴，但也適用于加工骨板、脊柱零件和其他零件孽亲。九種不同的槽型各自擁有專門的功能或應(yīng)用區(qū)域坎穿，其中包括粗加工、精加工返劲、T 型槽根切玲昧、復(fù)雜輪廓零件的超精加工等等。

例如篮绿，JH770 立銑刀設(shè)計用于粗加工酌呆，并提供具有 4 刃、5 刃和 6 刃的多種型號產(chǎn)品明疮，從而可以進(jìn)行整體粗加工和接近凈成形加工的操作。該刀具的總長度較短橘匿，以在高金屬去除率加工中可提供最高的剛性儡矫。另一個標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品是 JH780，它是一款 4 刃錐形球頭 (TBN) 立銑刀默言，用于對精密的零件細(xì)節(jié)（例如股骨髁的箱式構(gòu)件）進(jìn)行 5 軸精加工角殃。

JH770 立銑刀

標(biāo)準(zhǔn)化刀具由堅韌的硬質(zhì)合金材質(zhì)（鈷含量 12%）制成杆谓，并且采用了山高內(nèi)部研發(fā)的 TiAlSiN HXT 拋光鍍層。

（山高刀具）

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