Śledź mnie na: 
Wszystko, co powinieneś wiedzieć o obróbce części medycznych CNC
Branża urządzeń medycznych to branża, która nie dopuszcza błędów. Każda niewłaściwa obsługa wpłynie na życie i zdrowie ludzi. Obejmuje rozległe linie produkcyjne, od noży chirurgicznych, przez sztuczne stawy, po duży sprzęt diagnostyczny, wymagający dokładnych wymiarów, rzeczywistych materiałów i określonej obróbki powierzchni. Dzięki zaletom wąskich tolerancji, doskonałemu wykończeniu powierzchni i kompatybilności z setkami materiałów obróbka CNC jest jednym z idealnych procesów obróbki niestandardowych części medycznych.
Zalety obróbki CNC części medycznych
Obróbka CNC to proces produkcji subtraktywnej ogólnego przeznaczenia, w którym produkowane części lub zespoły medyczne są wycinane z materiałów. Technologia jest tak zaawansowana, że plik projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) prowadzi obrabiarkę CNC po właściwej ścieżce, zastępuje narzędzie i precyzyjnie tnie materiał, aby wyprodukować doskonały sprzęt medyczny, narzędzia i części, które są szeroko stosowane w chirurgii , sprzęt dentystyczny, sprzęt diagnostyczny itp.
Szybkość. W porównaniu z formowaniem wtryskowym, obróbka CNC nie wymaga dodatkowych form, jedynie kilku ustawień maszyny i konwersji plików CAD na kod G. Obrabiarka CNC szybko uruchamia program cięcia zgodnie z instrukcją i zazwyczaj jest w stanie wyprodukować złożone elementy w ciągu kilku godzin. Z kolei wykonanie form zajmuje tygodnie, a nawet miesiące. Badania medyczne są zazwyczaj bardziej pilne. Na przykład, obecna pandemia COVID-19 szaleje na całym świecie, a zapotrzebowanie na sprzęt testowy gwałtownie wzrosło. Obróbka CNC może dostarczyć wysokiej jakości części medyczne lub prototypy w krótkim czasie, aby produkty mogły trafić na rynek jak najszybciej.
Brak limitu ilościowego. Podczas procesu obróbki obrabiarka CNC może określić, czy ma przetwarzać jedną część, czy produkować wiele części. W porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi, koszt wytworzenia pojedynczej części jest znacznie niższy. Produkcja pojedynczych lub indywidualnych części niestandardowych jest powszechna w świecie medycznym, takim jak specjalistyczne urządzenia medyczne, sprzęt i inne komponenty medyczne. Obróbka CNC jest bardzo korzystna. Na przykład: Różne struktury ciała ludzkiego wymagają różnych pomocy medycznych, dlatego obróbka CNC jest jednym z powodów, dla których produkuje się protezy, i nie ma wymogu minimalnej wielkości zamówienia.
Kompatybilność z różnymi materiałami. Niezależnie od tego, czy chodzi o stal nierdzewną o wysokiej wytrzymałości, stop tytanu, stop aluminium, a nawet stop niklowo-molibdenowy, czy tworzywa konstrukcyjne PEEK, teflon itp., obróbka CNC może być w pełni kompatybilna, a do produkcji części medycznych lub prototypów można wybrać setki materiałów. W porównaniu z drukiem 3D, wybór materiałów jest szerszy.
Ścisłe tolerancje. Zazwyczaj sprzęt medyczny lub jego części wymagają ścisłych tolerancji, co nie jest trudne w przypadku obróbki CNC. Szczególnie obróbka 5-osiowa CNC umożliwia produkcję części z tolerancją 0.005 mm, co spełnia wymagania dotyczące precyzji większości części medycznych, zmniejszając ryzyko.
Doskonałe wykończenie powierzchni. W porównaniu z drukiem 3D, części wytwarzane metodą obróbki CNC charakteryzują się zazwyczaj doskonałym wykończeniem powierzchni i praktycznie nie wymagają ręcznej obróbki, dzięki czemu powierzchnia jest bardzo gładka.
Proces obróbki CNC części medycznych
Frezowanie CNC. Dla dodatkowej wygody, usługi frezowania CNC w 5 osiach umożliwiają produkcję elementów o dowolnym kształcie, często o złożonej geometrii charakterystycznej dla urządzeń medycznych. Obróbka CNC w 5 osiach odnosi się do obróbki symultanicznej w 5 osiach, a nie do 3+2 osi lub 4+1 osi. Chociaż wielu producentów chwali się oferowaniem usług obróbki CNC w 5 osiach, prosimy o potwierdzenie, czy faktycznie oferują oni usługi obróbki symultanicznej w 5 osiach.
Frezowanie CNC
Toczenie CNC
Toczenie CNC. Toczenie CNC umożliwia obróbkę części o precyzyjnej symetrii, takich jak wałki, elementy okrągłe itp. Procesy toczenia CNC obejmują cięcie, radełkowanie, planowanie, formowanie, gwintowanie, przeciąganie, wiercenie i rozwiercanie.
Obróbka CNC Swiss/mikroobróbka. Tokarki CNC Swiss Machining mogą obracać części wzdłuż 7, 9, a nawet ponad 12 osi, aby w ułamku czasu wytwarzać kluczowe, małe części medyczne, takie jak igły, gwoździe, śruby kostne, kotwice szwów, stenty, klipsy, cewniki i wiele innych. Części medyczne obrabiane CNC Swiss z zachowaniem ścisłych, precyzyjnych tolerancji.
Kontrola jakości – kontrola trójwspółrzędnościowa. Komponenty medyczne lub prototypy muszą przejść kontrolę jakości po przetworzeniu. Współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM) porusza się wzdłuż osi X, Y i Z w laboratorium o regulowanej wilgotności i temperaturze, wykrywając tolerancje części medycznych za pomocą różnych metod wizualnych lub kontaktowych. Musi w pełni spełniać wymagania dotyczące dokładności modeli CAD i rysunków 2D, a także spełniać wymagania dotyczące niezawodności i bezpieczeństwa.
Ogólny limit rozmiaru części medycznych do obróbki CNC
Obecnie najnowocześniejsza obróbka CNC i inne technologie produkcyjne, takie jak druk 3D i formowanie wtryskowe, nadal mają pewne ograniczenia. Obróbka CNC części medycznych ma również pewne ograniczenia rozmiarowe, nie wszystkie części medyczne wymagają ścisłej tolerancji +/- 0.0001 mm.
Formowanie i gięcie: +/- 0.4 mm
Gięcie: +/- 0.2 mm
Wymiary liniowe: +/- 0.1 mm
Średnice z wkładkami: +0.06mm / -0.0mm
Kątowość: +/- 2°
Chropowatość powierzchni: Ra 100 uin max
Materiały do produkcji CNC części medycznych lub prototypów
Materiały medyczne muszą charakteryzować się wysokim stopniem odporności na korozję i wytrzymałości oraz być łatwe do sterylizacji i czyszczenia. Bardziej powszechne to stal nierdzewna, stop tytanu, stop aluminium, stop magnezu, stop niklowo-tytanowy itp. Opierając się na ponad 20-letnim doświadczeniu i praktycznych poszukiwaniach, DDPROTOTYPE, wiodący producent prototypów w Chinach, podsumowuje popularne materiały odpowiednie dla technologii obróbki CNC do produkcji części medycznych, jak następuje.
Stal nierdzewna 316/L. Stal nierdzewna 316/L jest wysoce odporna na korozję i jest powszechnie stosowanym materiałem do produkcji wyrobów medycznych.
Stal nierdzewna 304. Stal nierdzewna 304 charakteryzuje się odpornością na korozję i dobrą obrabialnością. Jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów do produkcji części medycznych, ale nie nadaje się do obróbki cieplnej. Jeśli wymagana jest twardsza stal nierdzewna, bardziej odpowiednia jest stal nierdzewna 18-8.
Stal nierdzewna 17-4. Stal nierdzewna 17-4, powszechnie stosowana w sprzęcie medycznym, to wysokowytrzymały, odporny na korozję stop stali nierdzewnej, który można poddawać obróbce cieplnej.
Tytan klasy 2. Tytan klasy 2 to wysokiej czystości, niestopowy materiał tytanowy, który charakteryzuje się dużą wytrzymałością, lekkością i wysoką przewodnością cieplną.
Tytan klasy 5. Taki jak Ti-6Al-4V , który charakteryzuje się doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy, dobrą odpornością na korozję, spawalnością i biokompatybilnością, elastycznością, jest nietoksyczny, jest jednym z najpowszechniejszych stopów tytanu i jest szeroko stosowany w implantach dla ludzi, takich jak sztuczne kończyny, stawy itp.
Nitinol® : Nitinol to stop tytanu i niklu, który w ostatnich latach zyskał uznanie w środowisku medycznym. Posiada pamięć kształtu, doskonały współczynnik tłumienia, biokompatybilność i elastyczność, dzięki czemu doskonale nadaje się do produkcji różnego rodzaju sprzętu medycznego.
Stop kobaltu i chromu . Kobalt chrom (Cobalt Chrome) to wysokowytrzymały stop metali składający się z kobaltu i chromu. Jest to kolejny biokompatybilny metal, który stał się jednym z zatwierdzonych materiałów do implantów stomatologicznych i ortopedycznych.
Stop magnezu. Stop magnezu to lekki metal, który jest biokompatybilny i szeroko stosowany w produkcji stentów kardiologicznych.
Stop aluminium. Stopy aluminium, takie jak aluminium 6061-T6, stały się głównym materiałem do produkcji różnorodnych urządzeń medycznych. Są wytrzymałe, lekkie, odporne na korozję i ciągliwe. Ponadto, części aluminiowe lub prototypy są bardzo ekonomiczne i opłacalne. Anodowane aluminium może dodatkowo zwiększyć odporność na korozję i wytrzymałość, a różnorodność kolorów może poprawić estetykę.
Inne materiały metalowe. Obejmuje mosiądz, brąz, miedź, gamma, hastelloy, inconel, invar, mangan, molibden, monel, nikiel, nitro, platynę, stellit, waspaloy, cynk i wiele innych. Inne superstopy itp.
Popularne medyczne tworzywa sztuczne mają odporność na wilgoć i dobre właściwości termiczne, a także muszą być sterylizowane w wysokiej temperaturze, promieniami gamma lub tlenkiem etylenu. W porównaniu z metalami tworzywa sztuczne nie są magnetyczne i nie zakłócają wyników diagnostycznych i są powszechnie stosowane w aparaturze do badań medycznych.
Delrin . Delrin to żywica niechłonna, odporna na zużycie i o niskim współczynniku tarcia.
Poliwęglan (PC). PC charakteryzuje się doskonałymi właściwościami mechanicznymi i strukturalnymi, a jego wytrzymałość na rozciąganie jest prawie dwukrotnie większa niż ABS.
PEEK. Zazwyczaj zastępuje części metalowe. PEEK jest odporny na korozję i zużycie, charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością na rozciąganie oraz może pracować w wysokich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem.
UHMWPE. UHMWPE ma niski współczynnik tarcia, jest odporny na uderzenia, odporny na działanie chemikaliów i nie absorbuje wody, dlatego jest materiałem ogólnego zastosowania.
PTFE (teflon). PTFE może pracować w ekstremalnych temperaturach, charakteryzuje się doskonałą odpornością chemiczną, jest doskonałym izolatorem i jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów do produkcji części medycznych lub prototypów.
Carolete G-10. Garolit G-10 to alternatywny materiał na metalowe części medyczne, charakteryzujący się wysoką wytrzymałością, niską absorpcją wody i niemagnetyczny.
Proces obróbki powierzchni części medycznych CNC
Ponieważ części lub produkty medyczne są w bliskim kontakcie z ludzkim ciałem, wymagany jest najbezpieczniejszy i najbardziej przyjazny dla środowiska proces obróbki powierzchni.
Anodowanie . Poprzez pasywację elektrolityczną, na powierzchni obrabianych CNC części medycznych powstaje cienka warstwa tlenku metalu, która chroni metal i dodatkowo poprawia odporność na korozję i zużycie. Dostępne są różne opcje kolorystyczne, a także poprawiają odporność na korozję, zużycie i ścieranie. Proces ten jest najczęściej stosowany w przypadku części medycznych ze stopów aluminium. Anodowaniu można poddawać również stal nierdzewną, miedź, tytan, stopy cynku i stopy magnezu.
Anodowanie
Pasywacja
Pasywacja. Pasywacja jest często stosowana w przypadku stali i stali nierdzewnej. Kwasowy roztwór usuwa wolne żelazo i żelazo dwuwartościowe z powierzchni, dodatkowo zwiększając odporność stali i stali nierdzewnej na korozję i chemikalia, zapobiegając rdzewieniu.
Galwanizacja. Powłoka galwaniczna, często niklowa lub chromowa, tworzy cienką powłokę na powierzchni metalu, która zwiększa grubość drobnych elementów, zapobiega rdzewieniu i poprawia odporność na korozję.
Polerowanie . Powierzchnię części medycznych poleruje się lub poddaje obróbce chemicznej, aby uzyskać efekt lustrzanego odbicia i wyjątkową gładkość.
Farba w sprayu. Farba i pigmenty w sprayu nakładane są na powierzchnię części medycznych w celu poprawy estetyki i zapobiegania korozji lub utlenianiu. Często stosuje się je do części metalowych, takich jak aluminium i stal nierdzewna, a także do różnych części z tworzyw sztucznych.
Zastosowanie sprzętu medycznego do obróbki skrawaniem CNC
Implanty medyczne. Obróbka CNC części do implantów to ważny krok naprzód w dziedzinie medycyny, takiej jak endoprotezy stawu biodrowego, implanty biodrowe, implanty kręgosłupa, implanty kolanowe i inne. Najczęściej wybierane materiały to: stop tytanu, stop kobaltu i chromu, stal nierdzewna, PEEK itp.
Narzędzia chirurgiczne. Wysoka precyzja i perfekcyjna konstrukcja narzędzi chirurgicznych może zadecydować o powodzeniu zabiegu, czasami wymagając mniejszych tolerancji, takich jak +/- 0.002 mm. Do popularnych narzędzi chirurgicznych obrabianych CNC należą: przekładki, klipsy, szczypce, noże, nożyczki chirurgiczne, uchwyty do części, piły, pęsety, przekładki itp. Zazwyczaj wybierane materiały to: stal nierdzewna, zwłaszcza AISI 316L, stop tytanu itp.
Elektroniczny sprzęt medyczny. Wiele elektronicznych urządzeń medycznych składa się często z tysięcy części obrabianych CNC, w tym przełączników, przycisków, obudów elektronicznych i innych. Niektóre elektroniczne urządzenia medyczne to: monitory pracy serca, skanery MRI i aparaty rentgenowskie, sprzęt ultrasonograficzny, skanery MRI, tomografy komputerowe, sprzęt diagnostyczny, monitory i inne.
Certyfikacja zakładów obróbki CNC
Produkcja części medycznych lub prototypów to nie to samo, co produkcja części dla innych gałęzi przemysłu. W większości zwykłe części metalowe lub plastikowe muszą spełniać jedynie wymagania zarządzania jakością ISO 9001, ale produkcja części medycznych musi również spełniać dalsze normy. Zgodnie z międzynarodowymi standardami organizacje zajmujące się projektowaniem, rozwojem, produkcją, przechowywaniem, dystrybucją, instalacją lub naprawą produktów medycznych muszą wykazać się zdolnością do „dostarczania urządzeń medycznych i powiązanych usług, które konsekwentnie spełniają wymagania klientów i obowiązujące przepisy”.
ISO 9001: Norma ISO 9001 ma zastosowanie w różnych branżach i stanowi ogólną normę kontroli jakości. Pomaga minimalizować koszty i wspierać rozwój firmy.
ISO 13485: Norma ta kładzie nacisk na nadzór nad procesem obróbki CNC części medycznych i standaryzuje proces produkcyjny. Szczegóły tej normy są bardziej rygorystyczne niż ISO 9001, takie jak weryfikacja procesu, zarządzanie ryzykiem i kontrola jakości.
ISO 14001: Podobnie jak ISO 5001, jest to wytyczna, zgodnie z którą obróbka CNC części medycznych może przyczynić się do zmniejszenia zużycia energii i wytwarzania odpadów.
Obróbka CNC staje się coraz bardziej popularna w medycynie. Jest to idealny proces produkcyjny do wytwarzania części urządzeń medycznych o złożonej strukturze i twardych materiałach. Szczególnie 5-osiowa obróbka symultaniczna wniosła wybitny wkład w produkcję różnych implantów ortopedycznych i implantów dentystycznych.
