استراتيجية جديدة لقطع الطحن في معالجة أجزاء العظام

في الوقت الحاضر ، يتزايد الطلب على معدات استبدال العظام وإعادة التأهيل. تشمل المكونات الطبية المفاصل الاصطناعية والألواح الاصطناعية والقضبان والمسامير المستخدمة لإصلاح أو تقوية أجزاء الجسم التي تضررت من الحوادث أو الأمراض.

مع التمديد العام لمتوسط العمر المتوقع للإنسان ، يعاني المزيد والمزيد من كبار السن من العظام وهشاشة العظام ، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على أجهزة استبدال العظام. زيادة الوزن واتجاهات السمنة العالمية تتعرض عظام ومفاصل الإنسان لضغط من القطر. تدريجيا ، يتغير نمط حياة معظم الناس ، من قلة التمارين البدنية إلى المزيد من المشاركة في الرياضة ، مما يزيد من الطلب على تبادل الموقف. مع تطور الاقتصادات الناشئة ، يتوقع المزيد والمزيد من مؤسسات البحث العالمية أن تزيد قيمة سوق أجهزة تقويم العظام العالمية إلى 50 مليار يورو (1 تيرابايت 3 مليار) بحلول عام 2024.

1. المنافسة تعزز تطوير أدوات القطع

في سوق قطع غيار أجهزة تقويم العظام شديد التنافس ، توسعت الحصة السوقية لخمسة موردين رئيسيين بحوالي 85% ، وتتنافس 200 شركة المتبقية على الحصة المتبقية. طريقة معالجة الجزء. من خلال استخدام مواد جديدة ، تصبح الغرسات أقوى وأخف وزنًا ويمكن أن تستمر حتى 25 عامًا في الجسم. وبهذه الطريقة ، تعتبر معدات تقويم العظام جزءًا من سوق نمط حياة المستهلك بأكمله ، وتتجه نحو التخصيص ؛ يدرس مصنعو الأجهزة الطبية كيفية تخصيص منتجاتهم لتلبية احتياجات المرضى من حيث المظهر والبدائل الأخرى. أصبح تمييز المنتجات ميزة تنافسية رئيسية. لذلك ، يسعى مصنعو الأدوات الآلية إلى تطوير حلول لتمكينهم من معالجة الأجزاء ذات الأشكال المعقدة بسرعة ، بينما يركز مصنعو الأدوات على تطوير تقنية الأدوات التي يمكن أن توفر سرعة وحجم أعلى. تشمل حلول تكنولوجيا التصنيع المتقدمة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعالجة وتكنولوجيا التبريد المتقدمة.

2- الأجزاء الطبية النموذجية

تشمل أدوات تقويم العظام أجزاء الورك والركبة ، والكوع الاصطناعي ومفاصل الكسر ، ومعدات إعادة تأهيل الشقوق ، وصفيحة العمود الفقري ، ومسامير إعادة التأهيل المختلفة ، والقضبان والسحابات. المتطلبات الرئيسية لهذه المكونات هي القوة والموثوقية والوزن الخفيف والتوافق الحيوي.

3. تحديات الآلات من قواطع الطحن

بالنسبة لزراعة العظام والركبة ، فإن أكثر مواد قطع العمل شيوعًا هي سبائك الكروم المصنوعة من الكوبالت ، ولكن استخدام التيتانيوم يتزايد أيضًا. تشمل سبائك الكروم الكوبالت النموذجية cocr28mo6 ، وما إلى ذلك ، وسبائك التيتانيوم Ti6Al4V هي المادة الأكثر استخدامًا.

كلتا المادتين متوافقتان حيوياً وصعبان للغاية ، لذا فهي مناسبة جدًا لتصنيع أجزاء تقويم العظام. ومع ذلك ، فإن هذه الخصائص نفسها تزيد أيضًا من صعوبة تصنيع السبائك. سبائك الكروم الكوبالت لديها مقاومة التآكل والمرونة وسوء الأداء. قد تحتوي هذه السبيكة على مكونات كاشطة صلبة ، مما يؤدي إلى تآكل خطير في قواطع القطع والطحن وإنتاج شظايا صلبة ومستمرة. لذلك ، من الضروري استخدام نوع الأخدود المتطور مع أداء تحكم جيد في الرقاقة.

سبائك التيتانيوم خفيفة وقوية. سوف تتصلب وتلتف أثناء المعالجة. على حافة القطع المركزية والوجه. درجة الحرارة العالية وقوة القطع الكبيرة والاحتكاك العالي في قناة الرقاقة سوف يؤدي إلى تآكل الهلال وفشل قاطع الطحن. تحتوي المادة على حد أدنى من معامل المرونة ، وهو أمر مفيد في بعض تطبيقات الزرع ، لكن المادة سترتد من حافة القطع أثناء المعالجة ، لذلك من الضروري الانتباه عن كثب إلى حدة أداة القطع.

4. متطلبات المبردات

غالبًا ما تنتج المواد المستخدمة في معالجة غرسات العظام سرعة مفرطة وتتطلب استخدام سائل تبريد. ومع ذلك ، فإن استخدام المبرد التقليدي عادة ما يكون له قيود كبيرة على منع التلوث الجزئي. بعد المعالجة ، يحتاج المبرد التقليدي إلى التنظيف ، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة. المبرد نفسه يمكن أن يسبب مشاكل بيئية من حيث صحة الموظفين ، وسياسات السلامة والتعامل. تستخدم تقنية تبريد أخرى ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (SCCO2) لتجفيف هذا SCCO2 فوق الحرج كوسيط لنقل القناة القوية الجافة إلى منطقة القطع.

عند ضغط ثاني أكسيد الكربون إلى 74 بار (1070 رطل / بوصة مربعة) عند 31 درجة مئوية ، سيصبح فوق الحرج عند نقله إلى منطقة القطع. على الرغم من أنه لن ينتج مواد ذات درجة حرارة منخفضة مثل النيتروجين السائل ، فإن ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج سوف يتمدد ويشكل جليدًا جافًا. في هذه الحالة ، سوف تملأ الحاوية مثل الغاز ، لكن الكثافة مماثلة لكثافة السائل. لذلك ، يوفر حل المبرد الجديد كفاءة تبريد أعلى ويستخدم الأنظمة الحالية التي تستخدم الماء / الزيت عالي الضغط والتشحيم الدقيق (MQL) وثاني أكسيد الكربون السائل والنيتروجين السائل.

5.3D أجزاء الطباعة

تقنية التصنيع غير التقليدية الأخرى التي أصبحت أكثر شيوعًا في إنتاج أجهزة تقويم العظام هي الطباعة ثلاثية الأبعاد ، التي تستخدم مسحوق سبائك التيتانيوم والكروم الكوبالت لإنتاج أجزاء معقدة تقريبًا. في الصناعة الطبية ، تُستخدم تقنية الصهر الانتقائي بالليزر (SLM) لصهر المسحوق وتصنيع الأجزاء طبقة تلو الأخرى. تسمح هذه العملية لمصنعي الأجهزة الطبية بتخصيص أجزاء ذات ملامح وأبعاد خاصة للمرضى. من هناك ، يمكن أيضًا إنتاج سطح صغير مسام بشكل موحد ، وبالتالي تسريع الأجزاء والجسم. بالنسبة للمعالجة النهائية ، تحتفظ الأجزاء التي تنتجها الطباعة ثلاثية الأبعاد بمعظم خصائص التصنيع للمعادن التي تستخدمها. ومع ذلك ، قد تحتاج هذه الأجزاء إلى معالجة لاحقة لتقليل الضغط غير المتكافئ الناتج أثناء المعالجة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للشكل القريب من الشبكة والمحيط المعقد للجزء ، قد يمثل لقط الجزء تحديًا في المرحلة اللاحقة من العملية.

6. استبدال الأجزاء

يتكون تقويم مفصل الركبة الكلي عادةً من ثلاثة أجزاء أساسية: جزء معدني كفافي (سبيكة الكروم الكوبالت أو التيتانيوم) يسمى الجزء الفخذي ، والذي يتصل بنهاية عظم الفخذ (عظم الفخذ). يتم تثبيت هذا الجزء في الجزء العلوي من قصبة الساق السفلية ويتكون من محور قصير أو عارضة لدعم السطح المحاذي بحواف بارزة. يتكون الأخير من إدراجات محامل بلاستيكية بين الأجزاء المعدنية لتمكين المفصل من التحرك بحرية.

وبالمثل ، فإن تقويم مفصل الورك يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية: جذع عظم الفخذ مع غطاء الفخذ أو رأس عظمة الفخذ في الأعلى ويتم إدخاله في الجزء العلوي من عظم الفخذ أو مفصل الورك. عدة. عادةً ما تتم معالجة ملحق محمل Neo Alinea في مفصل الركبة والكوب البلاستيكي في المفصل القطني من UHMWPE (بولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي).

7. طريقة التصنيع المركبة

بالنسبة لأجزاء تقويم العظام ، يجب أن يكون تشطيب سطح الوصلة البلاستيكية ممتازًا لتقليل العمر المتوقع للأجزاء البلاستيكية ، ويجب محاذاة الأجزاء البلاستيكية لمدة 20 عامًا في نفس الوقت. على سبيل المثال ، عند إزاحة الركبة ، يجب أن يكون الطرف الاصطناعي للفخذ وقوس الظنبوب ناعمين تمامًا لحماية ملحق المحمل البلاستيكي من التآكل.

لذلك ، عادة ما يحتاج تصنيع مكونات تقويم العظام إلى الأرض بعد عملية الطحن لتحقيق تشطيب جيد بما فيه الكفاية. ومع ذلك ، فإن عملية الطحن تستغرق وقتًا طويلاً للغاية وستؤثر على كفاءة التصنيع الإجمالية والإنتاج. بالإضافة إلى ذلك ، ستنتج عملية الطحن أيضًا درجة حرارة عالية وضغطًا على الأجزاء الأساسية ، مما يؤدي إلى أخطاء في الأبعاد للأجزاء ويؤثر على قوة الأجزاء وأدائها.

بشكل عام ، يمكن لآلات القطع المتقدمة واستراتيجيات الطحن عالية السرعة تحسين عملية الطحن أو استبدالها في بعض الحالات. الغرض من الطحن هو إنتاج مظهر جانبي خالٍ من النتوءات وتشطيبات سطح ممتازة ، ولتحقيق جودة سطح وحجم ودقة أبعاد محددة مطلوبة. نظرًا لأن شكل السطح المحدد وهيكله قد تحقق أثناء الطحن ، يمكن تغيير وقت عملية المعالجة اللاحقة (مثل التلميع (إن وجد)) بالتناوب. بالنسبة لمصانع القطع الطرفية ، ينطبق الأمر نفسه على المطاحن الطرفية المتينة والموثوقة وزيادة عمر الأداة وتوقعاتها.

التطبيق النموذجي هو استخدام مطحنة نهاية كروية لمعالجة الأجزاء الفخذية المصنوعة من سبائك الكروم الكوبالت المصبوب على آلة طحن ذات 5 محاور. إستراتيجية التنميط عالية السرعة وقاطع الطحن النهائي عالي الأداء يقضيان على عملية الطحن. نتيجة لذلك ، فإن دورة المعالجة لكل جزء هي 11 دقيقة ، أي 50% أقصر من الطريقة السابقة. يتم التخلص من توليد أجزاء النفايات عن طريق طحن السطح المفصلي بدلاً من الطحن. مطحنة نهاية كربيد متكاملة مصنوعة من مواد كربيد أسمنتية خاصة وطلاء تيلسين مصقول صلب لضمان معدل إزالة المعدن الممتاز وتأثير القطع السلس ، وذلك للحصول على تشطيب ممتاز للسطح أو أقصر وقت تلميع.

8. عمليات تصنيع متعددة

عادةً ما يتطلب المحيط المعقد لأجزاء تقويم العظام استخدام العديد من طواحين نهاية القطع الخاصة. على سبيل المثال ، تتضمن بعض أنواع العظام سبع عمليات تصنيع: المعالجة الخشنة ، المعالجة الخشنة السفلية ، المعالجة النهائية للقاع ، الشطب وقطع جذر T-groove. يمكن أن تحصل هذه العمليات على جودة سطح ممتازة وأداء موثوق للأداة مع الحد الأدنى من التدخل اليدوي ، وذلك لضمان أفضل محاذاة وأقل تكلفة وأعلى جودة.

في الماضي ، عند الانتهاء من العمليات المختلفة ، كانت هناك حاجة إلى قواطع قطع وطحن خاصة لتحقيق كل كفاف وحجم وتشطيب سطحي مطلوب. تتطلب آلات القطع الخاصة الكثير من وقت التصميم والتطوير والتكلفة ، وبسبب حجمها الصغير ، قد يطول وقت الربط المتشابك وتوافرها محدود.

يتمثل النهج الجديد في تطوير واستخدام آلات القطع القياسية التي يمكن إنتاجها بكفاءة في هذه التطبيقات ، ويجب أن تحتفظ آلات القطع هذه أيضًا بحجم كافٍ لمعالجة الأجزاء الأخرى المماثلة في صناعة تقويم العظام.