醫療加工技術 質量與成本兼顧
http://www.zouyunfu.com編者語：很多零件制造企業已經加入了醫療加工這一領域，通過提高醫療設備改善人類健康具有未來和現實雙重意義。可預期的挑戰和市場回報率將吸引更多的企業加入進來。
發展空間與挑戰
2010年初，各個行業在2009年全年的市場數據紛紛出爐，我在德國的編輯同行驚奇地發現，一片灰色的下行數字報告中，來自醫療行業的發展出人意料地逆勢上揚。顯然，對于德國工業來說，醫療行業已經成為一個非常重要的市場，經濟危機只是讓這一事實更快地呈現出來。
在醫療行業進行深入研究的車床制造商特納斯有分析指出，醫療行業這種高速的發展趨勢主要取決于人口因素，人口老齡化和更優惠的治療方案刺激了消費。患者能得到更及時的治療得益于疾病的早期檢測，關節植入物重置和預防手術技術。醫療旅游業在亞洲國家興起，如泰國、馬來西亞和印度提供了更多價格合理的治療，健康保險正在變得越來越受歡迎。由此可以看出，醫療器械市場在全球都處于擴張狀態，越來越多的零件制造商在仔細研究設備及加工程序，以備能夠抓住這個利潤豐厚市場的份額。
另外，醫療行業具有非常大的創新空間，根據德國聯邦醫療產品工業協會的報告，醫療行業大約2/3的產品都“小于3歲”，其申請的專利數量比汽車行業還要高。高品質的加工過程，100％優質加工件，交貨時間，更優惠的價格，信任和長期合作關系是其中的重點。一些認證如FDA、CE認證、國家GMP，ISO 9001及ISO 13485，只有在具備高品質設備和高素質技術人員環境下才能獲得。醫療行業被公認為是一個具有挑戰性的領域。
全球醫療設備市場
2008年全球的醫療器械設備市場銷售額達到3280億美元（藥業市場7340億美元）。其中歐洲占33%, 美國45％，日本10％和中國市場2％。上有20000家醫療設備公司（在歐洲約占50％，雇員總數435 000人）。他們為12個專業科室1700通用組加工生產50多萬種不同的醫療器械，如心臟科、麻醉科、放射科、骨科、牙科、綜合醫院等。（資料來源：特納斯公司）隨著中國和印度等新興國家的崛起，在未來5～10年會有更大的增長。
整形骨科市場
整形骨科是一個快速增長的市場，在2008年產值367億美元，（包括牙科植入），2000～2008年每年有11％的市場增長率。在傳統上分為三個部分：整形骨科，脊柱和牙科。 2008年，整形骨科代表了這個市場的74％份額，脊柱占18％和牙科的8％。
有趣的是，復合年平均增長率（CAAGR）為：整形外科9.24％，脊柱12.98％ ，而牙科占12.45％。
醫療行業零件的加工
除了高品質和的要求，零件制造商面臨的主要挑戰來自三個方面：外形、材料和尺寸。
骨釘、骨科及牙科植入物的設計與螺紋的復雜形式，以配合不同的骨骼結構和實現位置的。零件的外形被加工成盡可能貼合身體而無縫隙。這些不同尋常的形狀加工要求需有靈活的加工程序和適合的刀具。在牙科領域，義齒（假牙）的數字化，加工前需轉移到CAM系統，因此需要先進的設備和軟件。
醫療零件加工中使用的材料包括不銹鋼、鈦、鈷、鉻、PEEK和碳纖維合金。這些材料需要制造商不斷尋找新的加工流程和刀具。
醫療行業通常使用的材料是不銹鋼和鈦合金。不銹鋼通常用于不在人體內長期存在的零件。鈦通常是植入體，因為它重量輕、強度高、具有生物相容性。并且，鈦合金植入物適合磁共振成像和計算機斷層掃描成像過程。
鈦合金切削加工要求僅略高于不銹鋼材的加工。然而，鈦合金的特性使其比不銹鋼更難加工。切割鈦料所產生的熱量因其導熱性差不易迅速散發。因此，大部分的熱量集中在切割邊緣和工件表面。該金屬燃燒時產生氧氣能自行燃燒。因此加工鈦料必須配備滅火系統。
聚醚醚酮聚合物趨向于取代某些鈦的應用。 PEEK是一種強烈的熱塑性塑料，即使在高溫下也能保持其性能。它是阻燃材料且耐磨損，具有較高的沖擊強度，較低的摩擦系數。醫用級別的聚醚醚酮，除了具有相同的物理性能和生物相容性，還有高耐化學性和不同的消毒方法兼容性。使用X射線，核磁共振或電腦斷層掃描觀察時是自然的無線半透明效果。聚醚醚酮植入物周圍組織和骨骼的痊愈給醫生治療提供了一個一覽無遺的觀察效果。碳纖維可增強PEEK材料，它具有高耐磨性，如在關節的運用上。
新材料如與鈦鋯合金的混合，比純鈦合金強度高50%。這些材料加強了牙種植體的一體化進程，從而可以減小未來植入物的尺寸。雖然這些年骨釘和一些植入物尺寸并沒有太大改變，但還是有減少植入手術趨勢的壓力。這種趨勢促使更小植入物的產生。微創手術與導航系統（MIS + NS組）將允許減少切口大小、減少創傷、更短住院時間和病人更快的康復期。
另一種新材料是金屬鎳鈦，鎳鈦合金正在更多的運用到醫療行業中去。隨著時代的發展，更多的材料將出現在市場上，這樣會有更多的挑戰但還會提供更多的機會。
快速制造技術的醫學應用
快速制造技術是在快速成形技術的基礎上發展起來的、以提供終產品為目的新技術。它是多學科滲透、交叉、融合的產物，能夠從電子數據快速、靈活和經濟地直接制造產品，在許多工業部門的產品快速開發中獲得了成功的應用。近年來，隨著計算機斷層掃描技術、生物材料工程、生物醫學工程和軟件工程的迅速發展，快速制造在醫學領域的應用也日漸增多。
過去，在醫學應用中，快速成形技術主要用于制作外科手術模型，擬定手術方案，預覽手術的過程和結果。這幫助外科醫生在走進手術室之前，擺脫了需要做出多個手術預案的困擾，提高了手術的成功率，并節省了大量的時間和精力。
現在，快速制造技術的醫學應用進一步把工程技術和醫學緊密聯系起來，利用新的生物材料和快速制造技術，集成為個性化定制植入體的供應鏈。目前，快速制造技術的醫學應用主要是齒科、骨科植入體和醫療器械三大領域，如圖1所示。
個性化假牙的快速制造
缺牙是常見疾病之一。基于電子數據的個性化假牙快速制造技術日趨成熟，已經進入實用推廣階段。個性化假牙能夠完全符合患者的口腔形狀，沒有傳統假牙帶來的不適感，而且更加美觀。
借助選擇性激光燒結技術（SLS）可以快速而經濟地從CAD數據直接制造個性化的齒冠、假牙橋和種植牙，其流程如圖2所示。
借助EOSINT M270型金屬粉末激光燒結機燒結200~250顆個性化鈷鉻合金齒冠只需要11h，每顆齒冠的成本僅需數歐元。
個性化種植牙是用TiXos鈦合金粉末燒結而成的具有特殊表面構造的人工牙根，將其種植在患者的牙床內，再在其上接出人造齒。與傳統假牙相比，TiXos鈦合金種植牙能與牙床骨形成一體，和真牙一樣咀嚼食物。
EOSINT M270型金屬粉末激光燒結機及其所制造的個性化的齒冠和種植牙牙根如圖3所示。
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