由于对精密部件的高需求，数控加工已成为医疗制造行业日益流行的技术。这些组件需要满足严格的质量和安全标准并高效生产。因此，产品设计师和制造商已经拥抱 医疗数控加工 作为满足这些要求的解决方案。
医疗行业极大地受益于其多功能性和兼容性 数控加工。由于它能够有效生产具有卓越精度和准确度的医疗部件，因此它成为理想的制造选择。通过利用数控加工，医疗保健部门可以确保患者的安全并最大限度地减少错误的发生。
在本文中，我们将概述 CNC 加工在医疗行业中的作用、适合医疗器械零件加工的常见材料、材料选择的注意事项以及优化医疗零件 CNC 加工的技巧。
数控加工在医疗行业中的作用
医疗保健行业依靠 CNC 加工来生产医疗原型和组件，这些原型和组件需要严格的公差和行业要求的性能标准。 CNC加工广泛应用于医疗领域有以下几个原因：
1. 数量无限制
创建 CAD 文件后，可以将其快速转换为编码程序。这 编码程序 只需按一下按钮即可生产大量零件。这种能力在医疗行业尤其有利，因为在医疗行业，专用装置、设备、假肢和其他组件的生产通常涉及定制、一次性制造。在这种情况下，能够轻松制造一次性或定制零件是一个显着的好处。
2.适合紧急应用
使用 CNC 加工将数字 CAD 文件转换为成品所需的时间可能短至几个小时，具体取决于医疗部件的复杂程度。
通过 CNC 加工进行快速制造非常可靠，尤其是在难以预测物资类型和数量的紧急医疗情况下。这些对时间敏感的物资对于在很短的时间内治疗未来患者可能至关重要。
3.严格的公差
良好的数控机床可以轻松实现许多先进医疗设备所需的极其严格的公差。 CNC 加工确保卓越 表面处理 并且需要最少的后处理。
在医疗领域，设备、装置和产品必须适合其预期用途。规格的任何变化都可能导致严重后果。然而，数字加工显着地将这种风险降至最低。
4.不需要专门的工具
CNC 加工被视为一种经济高效的方法，无需专用工具即可制造精密医疗部件。与其他生产方法不同，该过程实际上不需要昂贵的工具，从而节省了大量的时间和成本。
与创建专用的耗时过程相比 模具加工，这可能需要长达四个星期的时间， 精密数控加工 可以快速周转生产定制零件或小批量生产。这在医疗行业尤其有利，因为医疗行业通常需要快速、准确地生产有限数量的零件。 CNC 加工是一种理想的解决方案，无需专用工具即可提供精确和高质量的结果。
5、灵活的数字化编程
CNC 加工的显着优势是能够在产品设计师、医疗专家和制造专业人员之间快速轻松地传输数字程序。这种无缝交换极大地提高了生产专业和高质量数控加工医疗设备的效率，无论地理位置如何。事实证明，这一优势在时间敏感的情况下特别有价值，可以快速创建和交付关键的医疗组件。
6. 材料的通用性
标准 CNC 机床可以处理医疗和手术工具、器具和设备中首选的常用材料，例如钛、不锈钢、铝和 生产级塑料 像聚醚醚酮。数字加工可以利用便携式 CNC 机床并无缝传输数字 CAD 文件。便携式数控机床虽然产能有限，但有助于生产简单的医疗部件。
可用于医疗器械零件加工的常用材料
在设计医疗组件时，需要考虑以下因素： 公差通常会考虑延展性和张力要求。此外，还考虑了处置和灭菌要求。因此，必须选择满足功能和质量要求的 CNC 加工材料。
尽管钛和铝越来越受欢迎，但不锈钢是制造医疗设备的主要材料。在某些情况下，塑料聚合物和某些复合材料也是合适的选择。
下表总结了可用于医疗 CNC 加工的常用材料：
金属
在医疗器械行业，理想的机械加工金属具有固有的耐腐蚀性、灭菌能力和易于清洁性。不锈钢因其不锈特性、可加工性以及最小或无磁性而被广泛使用。某些等级的不锈钢还可以进行热处理以提高硬度。或者，像钛这样的材料可以提供优异的 强度重量比，使它们有利于植入式、手持式和可穿戴医疗设备。
| 材料 | 特性 |
| 不锈钢 304 | 304 不锈钢因其优异的耐腐蚀性和可加工性而成为各种应用中常用的合金。但不能进行热处理以提高硬度。如果需要硬化，建议选择 18-8 不锈钢。 |
| 不锈钢316/L | 由于其优异的耐腐蚀性能，不锈钢316/L受到医疗器械行业的广泛青睐。 |
| 不锈钢 15-5 | 15-5 不锈钢具有与不锈钢 304 相当的耐腐蚀性，同时还具有高耐腐蚀性、更高的硬度和可加工性。 |
| 不锈钢 17-4 | 不锈钢 17-4 是一种耐腐蚀不锈钢合金，以其高强度和可热处理性而闻名。它通常用于医疗设备应用。 |
| 钛 2 级 | 2 级钛是一种高纯度非合金材料，以其重量轻、强度高和导热性好而闻名。 |
| 5级钛 | Ti-6Al-4V 以其优异的强度重量比而闻名，其强度的提高归功于高铝含量。这种广泛使用的钛合金具有良好的属性，例如高成形性、耐腐蚀性和可焊接性。 |
| 铝 | 铝是一种轻质耐用的材料，具有良好的耐腐蚀性。它还可以方便地进行阳极氧化处理，以增强机械性能和耐腐蚀性。虽然它可能不是与人体直接接触的设备的最合适选择，但它非常适合支撑设备，例如矫形支架、静脉输液架、轮椅和其他类似应用。 |
| 铜 | 这种金属以其卓越的抗菌和抗病毒特性而闻名，非常适合频繁触摸的表面，例如显示器开关和按钮。有时也用于某些牙科植入物。 |
塑料和复合材料
医疗器械中常用的塑料具有理想的属性，包括低吸水性（防潮性）和优异的热性能。这些材料通常可以通过以下方法进行灭菌： 环氧乙烷处理、高压灭菌或伽马射线照射。在医疗行业，低表面摩擦和改进的耐温性也受到高度重视。在导轨、外壳和固定装置等应用中，塑料通常被用作金属的替代品，在这些应用中，磁性或射频干扰等因素可能会影响诊断结果。
| 材料 | 特性 |
| 丙烯酸纤维 | 它以其抗冲击性和光学透明度而闻名。它通常用于加工医疗部件，例如防护罩、隐形眼镜、整形外科植入物、显微镜和激光器以及假牙。 |
| 尼龙 | 这种工程级热塑性塑料用途广泛，由于其耐用性、韧性和强度而常用于医疗应用，非常适合制造牙科设备、植入物、缝合线、导管、镊子和夹子等零件。 |
| PEEK | PEEK 具有出色的拉伸强度，可在极端温度和应力环境下用作金属部件的轻质替代品。它耐化学品、耐磨损、耐潮湿。 |
| 聚甲醛树脂（乙缩醛） | 一种具有优异防潮性、优异耐磨性和低摩擦力的树脂。 |
| 聚四氟乙烯（铁氟龙） | 与大多数塑料相比，特氟龙具有卓越的耐化学性和极端温度下的优异性能。它具有很强的耐溶剂性并且是电绝缘的。 |
| 聚碳酸酯 (PC) | PC 具有卓越的机械和结构性能，拉伸强度几乎是 ABS 的两倍。它广泛用于汽车、航空航天、医疗和其他需要耐用性和稳定性的应用，特别适合完全致密的固体填充零件。 |
| 聚丙烯 (PP) | PP 是一种塑料，具有优异的电性能、低吸湿性、能够在各种温度下长时间承载轻负载，并且能够加工成耐化学或耐腐蚀的零件。 |
| 超高分子量聚乙烯 | UHMWPE 是一种通用材料，具有高耐磨、耐化学、耐腐蚀和冲击强度、低表面摩擦和吸湿性。 |
| 加洛莱特 G-10 | Garolite G-10，也称为环氧级工业层压板和酚醛树脂，是一种由以下成分组成的材料 环氧树脂，用玻璃纤维织物增强。它具有高强度和低吸湿性，可通过数控加工在无法实现磁性功能时用作金属部件的替代品。 |
CNC 加工医疗零件选择材料时要考虑的因素
加工医疗零件时，必须全面了解医疗应用的具体要求和需求，并仔细考虑各种因素。以下是一些需要记住的关键点：
关于耐化学性
许多医疗产品，例如诊断和测试设备、手术设备和 呼吸机面罩 和管子，通常需要重复使用、不断清洁和消毒。因此，用于这些部件的材料必须具有良好的耐化学性。
不锈钢具有很强的耐化学品性，可以承受大多数有机化合物、酸和碱的接触。同样，钛和铝对某些化学品具有耐腐蚀性。 PC 和 PEEK 等塑料树脂在这种情况下也很有用。
关于耐辐射性
医疗部件可能会受到磁共振成像、X射线和化疗等来源的辐射，辐射会影响产品的使用寿命。因此，选择在暴露于辐射时不会降解的加工材料非常重要，特别是对于外科手术、X 射线机和其他诊断工具中使用的设备。
钛由于其高密度而具有较低的辐射吸收率。此外，PEEK、ABS 和 PU 等树脂也是这些应用的不错选择。
关于生物相容性
对于起搏器、假肢、人工心脏瓣膜、助听器、人工关节等长期接触的医疗设备，坚固耐用的材料至关重要。生物相容性也是一个主要考虑因素。
钛和不锈钢是适合此类要求的两种金属，因为它们无毒且与身体具有高度生物相容性，可以与组织安全接触。此外，丙烯酸、PE、PU 和 PET 等塑料聚合物也是这些应用中的常见材料。
关于药物输送系统
在输送药物剂量时，确保气溶胶和细粉末不会粘附在材料表面至关重要，因为这可能会影响剂量的准确性以及随后的治疗结果。因此，需要为罐头、注射器、管子、小瓶和其他药物输送装置选择合适的材料。
不锈钢、铝、铜和钛都是具有良好静电耗散特性的金属，使其成为药物分配器的理想选择。聚丙烯、ABS、PC 和丙烯酸等抗静电塑料聚合物也是不错的选择。
关于灭菌
在医疗行业中，常见的灭菌方法是化学蒸汽、蒸汽和辐射灭菌，它们将医疗材料暴露于辐射能、化学品和高温等降解剂中。因此，必须选择能够抵抗这些物质的材料。
不锈钢因其耐腐蚀性以及能够承受重复灭菌周期和高温的能力而成为普遍的选择。钛也是一个很好的选择，因为它具有耐磨损和耐消毒腐蚀的特性。此外，还提供 PEEK、PC、PU 和 ABS 等塑料。
关于假肢
设计假肢时，考虑抗冲击性、易于成型和强度等因素至关重要。所需的耐用性水平、假肢的位置及其重量决定了材料的选择。
钛由于其轻质、耐腐蚀、强度和生物相容性而通常受到青睐。不锈钢和铝也是有价值的金属，其中铝特别适合轻型应用。 ABS+PC、PMMA、PEEK、玻璃填充尼龙和高抗冲聚苯乙烯 (HIPS) 等塑料树脂也可用于这些应用。
关于人工关节
用于人工关节的塑料取决于患者个体的需求和要更换的具体关节。用于半永久性或永久性关节置换的材料必须耐磨、坚固且具有生物相容性。
钛、不锈钢和钴铬合金由于具有高强度、生物相容性以及耐腐蚀和耐磨性，是最常用的人工关节金属。用于这些应用的一些最流行的塑料树脂是 UHMW、EEK 和 PTFE。
如何优化您的医疗数控加工项目
在生产众多复杂的医疗部件时，数控加工是一个绝佳的选择。然而，这个过程可能很复杂。为了确保医疗 CNC 加工的最佳效果，必须遵循 CNC 加工设计指南。
设计优化
可以修改零件设计，使 CNC 加工能够以更简单、更高效的方式进行。通过在数控加工过程中简化医疗器械零件的设计，可以实现更高的效率、更低的成本和更高的精度。这通常是通过以下方式完成的：
- 可以通过消除无关特征来简化零件几何形状
- 利用标准功能，例如 圆角、倒角和半径
- 应尽量减少材料的使用
- 设计应能够轻松使用工具
维护简单
在设计 CNC 加工的医疗部件时，重要的是要考虑易于维护，以确保部件保持正确和安全的工作状态。易于访问的简单设计可以使维护任务更简单、更有效。
耐用且易于清洁的材料有助于延长零件的使用寿命。此外，为了快速识别潜在问题并确保及时维护和维修，建议将监控系统纳入数控加工医疗设备中。
使用明亮的颜色
着色可以成为提高零件识别和可追溯性的有用工具，尤其是那些尺寸或形状相似的零件。明亮的颜色还可以帮助区分零件的不同版本，例如用于功能测试或 手板.
在决定数控加工医疗部件的颜色时，必须考虑部件的具体要求及其预期用途。例如，某些医疗部件需要灭菌，某些颜色可能会受到刺激性化学物质或高温的影响。此外，某些颜色可能会降低部件的生物相容性，因此确保颜色不会对部件的功能或生物相容性产生负面影响至关重要。
增强美观性
拥有美观的设计和鲜艳的色彩可以帮助产品在竞争激烈的市场中脱颖而出。这些功能给客户留下了积极的印象，并使产品能够轻松使用或识别。
确保设计符合其预期用途和组件的具体要求也很重要。选择颜色时，强调部件的主要特征，例如端口和按钮。应选择适当的颜色和纹理以改善零件的物理外观。
提高便携性
针对便携性和便利性而优化医疗组件的设计将使在各种临床环境中轻松运输和使用。这可以通过选择铝等轻质材料、创造符合人体工程学的设计以及设计易于拆卸的组件来实现。因此，结果将会得到改善，多功能性将会增加，并且成本将会降低。
结论
CNC 加工是一种有效的工艺，可为各种医疗应用生产优质且高精度的部件。为了满足医疗应用需求和严格要求，需要综合设计优化、合适的材料、精密的制造工艺和详细的检查，以达到最佳的结果。
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