醫療生物陶瓷cnc加工刀具的優化方案

陶瓷對于中國人來講具有非常獨特的意義，古代中國生產的陶瓷用品在國外被當做稀世珍寶對待，這些陶瓷通常以日用器具的形式出現。隨著時代的變遷，現在陶瓷已不僅限于日用范疇，它被廣泛應該于航天、軍事、通訊、化工、醫療等眾多前沿領域，這類陶瓷我們通常稱之為“工業陶瓷”、“特種陶瓷”、“先進陶瓷”等，這些陶瓷制品往往對產品的精度、光潔度以及其他的一些物理性能要求比較高，要想加工好還是有一定難度。今天我們要講的是關于醫療陶瓷加工的一些問題。

　　醫療上應用較多的是陶瓷植入物，加工此類陶瓷構件一般要使用磨床、cnc等設備，經過金剛石砂輪來完成磨削。然而金剛石砂輪在接近輪廓、型強及加工其他的復雜工件形狀方面能力有限，磨床則只能加工外形簡單的構件，要想加工復雜構件就必須采用陶瓷cnc來完成。不過無論是磨床還是cnc都會遇到加工效率低的問題，這也就導致了陶瓷植入物價格居高不下的一個主要原因。因此很多人受制于價格因素選擇由鈦合金或是其他材料的關節來替代。

       當前生產的絕大多數植入物均由鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼制成。最常用的植入物用于置換膝蓋和臀關節，但也廣泛用作股骨、關節及脛骨假體。

       合金植入物與陶瓷植入物相比，使用壽命明顯縮短，并且在使用過程中會產生其他的一些問題，使得人們在的平均使用壽命取決于具體應用。植入物接受人的活動越頻繁，植入物磨損就越快。某些情況下使用壽命僅為 10 年左右，而對于活動較少的人來說，植入物壽命可能長達 25 年。這意味著對于接受金屬植入物的年輕人，最初的植入物很可能需要在其一生之中額外更換一兩次。需要注意的是，膝蓋和髖部置換這類骨科手術的康復過程十分痛苦且漫長。

       對比陶瓷植入物，其平均壽命為 75 年，基本等于一個人的壽命。植入物接受人只需經歷一次手術和一個恢復期。此外，不會像金屬植入物一樣因為磨損而在體內產生顆粒異物。

       另一方面，只有可以經濟高效地加工陶瓷材料，從而使其便于購買且價格合理時，陶瓷植入物的優勢才能變為現實。正是這一原因，制造商、大學及其他的研究機構一直在探索和試驗不同的制造方法，以期利用傳統的刀具成功加工陶瓷。截至目前，有一種激光加工方法取得了一些不錯的效果。

       這種經濟的陶瓷加工工藝的關鍵在于專門設計的刀片并以及大膽采用多功能機床上安裝的激光。該機床能將激光束精確定位在刀片前方，以塑化工件材料，使其易于切割。

       經濟性好的陶瓷加工刀具技術已開發出了，包括聚晶金剛石 (PCD) 和立方氮化硼 (CBN) 刀具。其中 CBN刀具在多種陶瓷應用中展示了非凡的潛力。此外還測試采用超硬硬質合金刀具來加工陶瓷。　　

       目前為止，激光輔助加工技術已使制造商能夠成功地車削、銑削及螺紋加工氮化硅、鋯及氧化鋁等陶瓷材料。但最重要的是，該系統延長了刀具壽命，縮短了這些材料的加工時間，同時能夠生產以前無法生產的工件。　　

       開發激光輔助加工技術的這些機構將會繼續加深對陶瓷切割工藝的總體了解，并會極大地推動陶瓷在醫療行業以及汽車和航空發動機的部件和軸承等其他領域中的使用。但目前必須進行更多測試，以更好地了解刀具的刃口處理以及刀具與特定陶瓷材料之間的化學作用。進一步測試還有助于提高激光的使用效率，從而更快地加熱陶瓷材料，并改進工件需加熱部分的精度。　　

       如果激光輔助加工技術仍以目前速度發展，如同二十年前硬車削取代磨削一樣，對陶瓷的切削加工將來很可能會取代金剛石砂輪磨削。盡管該方法仍處于初期階段，但在降低醫療植入物和用于工業陶瓷零件的制造成本方面已取得了具有里程碑意義的成果。

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