肩胛骨假体的混合处理：一项关系到生命的技术 – 3D打印行业资讯网

在技​​术难度较高的医疗器械部件中，所谓的“关节盂假体基座”占据着重要的地位。作为人工肩关节的核心部件，它们直接影响着患者的生活质量。然而，技术人员面临的挑战是设计出一种既能保证工艺安全、又能满足高质量要求、经济可行的制造工艺。

关节盂假体基托是人工肩关节假体的一部分，采用Ti6Al4V ELI（3.7165）制成，这是一种具有高耐腐蚀性和优异生物相容性的钛合金，是医疗技术的首选材料。

三大制造工艺之间的竞争

为了评估生产这种复杂部件的最佳方式，米克朗工具公司与其技术合作伙伴 DMG MORI 和 Motorex 共同开发了三种不同的制造工艺，并在可行性、生产效率和成本效益方面进行了比较。以下是这三种工艺的特点：

■ 机械加工。如果部件是通过切割制造的，则需要施加额外的涂层以支持骨整合。

■3D打印。此工艺中，部件表面已具有理想的骨整合结构，因此无需进行上述额外处理。但仍需通过机械加工去除支撑结构并进行表面处理。

■ 混合制造。这是机械加工和 3D 打印的结合。

Mikron Tool 及其技术合作伙伴面临的关键问题是：混合制造能否成为医疗技术领域的成熟实践？为了回答这个问题并进行相关测试，DMG MORI 为 Mikron Tool 的技术和应用中心提供了一台 Lasertec 30 Dual SLM 用于 3D 打印。此外，还使用了一台 NTX 1000 铣车加工中心和一台 DMP 70 立式加工中心来模拟完整的混合系列生产链。Mikron Tool 在其最新的 Medical Days 活动中向专业观众展示了这一新开发的工艺。

关节盂假体的基部几何形状复杂，由加工难度很大的材料制成。靠近肩胛骨的表面必须具有多孔结构，以提供良好骨骼生长所需的基质。假体的中心有一个空心柱，通过过盈配合固定在关节盂上。它作为假体在骨骼中的固定，需要具有特定的表面结构来支持骨骼的整合。

为了以高成本效益确保所需的最终质量，米克朗工具公司及其技术合作伙伴开发了一种优化的工作流程，需要协调机器和设备。零件编程和流程之间的接口在其中起着关键作用。CAD/CAM 软件 Esprit 和 3D 打印软件 Celos 的结合实现了 3D 打印和加工的无缝集成。

机械加工和 3D 打印完美结合

根据机械加工/3D 打印测试系列的结果，米克朗工具公司及其技术合作伙伴决定在第一阶段使用硬质合金刀具（CrazyTools）在车铣中心连续加工带有螺纹孔的平面基体和中心螺纹孔。第二阶段使用 SLM 工艺在预加工的基平面上直接构建空心柱和植入表面。这种方法旨在减少材料使用量和生产时间。另一个优点是与纯 3D 打印相比，后处理时间显著减少。

利用SLM工艺直接在平坦基底上生成植入物表面，然后构建空心圆柱体。

Mikron Tool 开发的混合制造工艺使三台机器每周能够生产 560 个零件。

与纯机加工、随后采用选择性激光熔化 (SLM) 工艺进行涂层和 3D 打印相比，混合工艺最终被证明在经济性和质量方面都是最佳的。在 1,000 件的生产过程中，与机加工加涂层相比，混合制造节省了 4% 的成本，与 3D 打印加后处理相比，节省了 9% 的成本。

混合工艺的第三步是在加工中心进行精加工和螺纹铣削。一旦完成，零件就完成了。

混合制造

毫无疑问，纯3D打印未来将对金属加工行业的一系列生产工艺产生重大影响。其优势之一就是其巨大的几何自由度，这使得生产出机械加工工艺难以或无法实现的零件形状和结构成为可能。

在3D打印与机械加工的结合中，经济效益高度依赖于零件的具体要求。在这个项目中，3D打印的植入物表面具有优越的骨整合性能。它不仅更耐用，而且比涂层具有更稳定的结构。

与机械加工相比，SLM 工艺的尺寸精度较低，因此无法完全消除后处理的需求。机械加工精度可达 0.005 毫米甚至更高。此外，切割过程的重复性更高，可产生出色的表面光洁度。尽管如此，米克朗工具公司表示，新的混合制造工艺有望在技术和经济性方面树立新的标准。