骨科植入领域是个较大的范畴,而制造环节涉及假体本体,专用手术器械等。
根据病患的位置不同和骨科手术技术的不断革新,替代性植入物的种类也再不断丰富,骨科植入手续日新月异的发展,也的确改变了人类面对创伤等物理性病变的生活,极大地提高了术后的生活品质。
谈到骨科植入物,我们的讨论对象是金属材质的植入物,从事医疗行业的专家自然不用说,作为从事数控加工设备行业的朋友们对于膝关节、髋关节等也是耳熟能详。今天我们就以髋关节(HipJoint)为例,向大家介绍C.B.Ferrari法拉利机床在骨科植入领域的应用。
*髋关节(HipJoint)置换手术的目的
↑上图是双侧实施髋关节置换的X光图片
髋关节置换手术适用于罹患股骨头坏死,髋关节骨折,相关部位的类风湿关节炎,肿瘤等疾病,并受疼痛煎熬的患者。成功髋关节手术可以极大程度地缓解关节疼痛,矫正畸形,恢复和改善关节的运动机能。
*髋关节植入物的特征
考虑到医疗植入物对于生物相容性、耐蚀性、强度等的要求,钛合金被认为是理想的医疗植入物的材料。
衣服合不合身,穿上身才知道,人工关节更需要“量体裁衣”。但长期以来,无论是国产还是进口的人工关节,都是按照欧美人的尺寸生产,国内患者无法置换真正适合亚洲人尺寸的关节,一些患者干脆无合适关节可换。
植入物的制造不同于其他工业产品的批量制造,需要根据患者的年龄,部位的特征,尺寸等,而做出更贴合的选择,很多情况下甚至需要定制。即便是同一患者的两侧置换手术,也极可能是不同型号的人工髋关节。
↑上图中不同形状,不同尺寸,不同球柄角度的人工髋关节。
*髋关节置换手术的描述
在切开股骨头之后,需要对股骨颈进行修正,并扩大髓腔。需要强调的是,在扩大髓腔的操作中,需要用与假体柄形态一致的髓腔锉逐渐扩大,同时应将髓腔内侧的松质骨全部刮除,增加牢固性。而髓腔锉通常也是使用和假体类似的加工工艺制造。
↑不同尺寸的髓腔锉
*髋关节假体和手术器械的制造工艺
通过上述描述,大家对髋关节和相关器械的特点会有了基本的了解,随着医疗科技的不断发展,对植入物的加工工艺和设备也提出了越来越严格的要求。制造设备需要具备相当高的柔性,以适应不同形状、尺寸的髋关节加工,同时还应考虑到制造商的个性化工艺的实施的便利性。
从目前C.B.Ferrari法拉利机床的在髋关节加工领域的客户来分析,髋关节加工的工艺不尽相同,因为涉及客户的商业机密,我们也不便将客户的加工过程直接提供给大家。但是通过这些典型客户对设备的期望和配置要求,我们亦能够理解他们青睐C.B.Ferrari法拉利机床的原因。
工艺1
使用一头夹,一头顶,主轴配合进行摆动,实现骨柄表面和球头安装部位的加工。
法拉利A系列的标准配置A机床即具备以上特征,
该机床主要参数和特征如下:
机床
长度[mm]
X[mm]
Y[mm]
Z[mm]
A
主轴的±91°倾角范围配合°回转的A轴,可以完成骨柄或髓腔锉表面的纹理铣削,包括大、小空洞,表面纹理等
ü机床布局适合加工一定范围内的髋关节和其他植入物。
ü可调整的中心距和第六轴配置,使得机床具备极高的柔性以适应市场的变化。
ü机床结构紧凑,便于快速安装。
ü尾座压力可调。(通过扭矩的调整,实现特殊工艺)
ü立式工作台结构,有利于切屑排除。
↑上图为法拉利A系列机床正在进行相关零件的加工。
工艺2
有很多用户在进行某些髋关节或髓腔锉的机加过程中,部分工艺会考虑会选择使用双摆工作台类型的五轴加工中心,这样的选择是基于零件末端加工、特殊刀具的使用,提高加工效率等方面考虑。
↑髓腔锉零件在双摆工作台结构机床的加工示意。
通过与部分用户的交流,我们发现这两种普遍的工艺在用户的生产制造环节中,会混合出现。而为了实现不同的工艺路线,而采购两套生产设备,不仅仅是增加投资的问题,同一零件在不同加工阶段的重复装夹,对于时间成本,精度的保障都会带来不小的问题。
而这,正是C.B.Ferrari法拉利A系列机床优势的体现,可选6轴配置。机床除可倾主轴外,配置带B轴的A轴分度头,B轴的摆动范围为0-90°)
机床具备ABC三个旋转轴,可以根据工艺安排,使用AC轴联动或使用AB轴联动在一次装夹下完成所有加工内容。
以上是A系列机床在髋关节或髓腔锉铣削部分的应用。
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下面让我们看看法拉利的激光技术机床在人工髋关节的制造中能做些什么
↓激光技术用于髋关节制造
我们知道完整的髋关节除骨柄之外还有其他的主要部件,如聚乙烯材料的髋臼和同样为钛合金材料的金属杯:
↑上图为髋关节的主要部件构成,金属杯和聚乙烯髋臼。
金属杯的制造已经出现很多的工艺分类,传统机加完成之后或是通过表面微孔结构,或者通过涂层来处理。合适的表面处理对于假体的长期稳定性至关重要。
C.B.Ferrari法拉利机床的激光技术可以为髋臼杯(或髋臼清理器械)的表面加工提供先进的解决方案:
微孔结构
↑激光打孔工艺用于髋臼金属杯表面处理。
表面纹理工艺
↑激光雕刻工艺用于髋臼金属杯表面处理。
3.髋臼清理工具
↑激光切割工艺用于髋臼清理工具表面处理。
需要说的是,如果用户有需要,我们可以把铣削和激光技术进行整合,降低成本的同时,及大地提高了加工效率。
因为篇幅原因,在此就不再针对其他植入物的加工做详细叙述,C.B.Ferrari还针对其他植入物或骨科机械,如骨板,膝关节等提供完整的解决方案。随时联系我们获得更详细的信息。
结合法拉利机床的客户和相关资料的整理,形成浅文一篇,不为别的,只为大家能了解更多的前沿科技和相关的C.B.Ferrari法拉利的产品。
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