鈦合金醫(yī)療零部件 | 鈦合金加工:在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用
鈦合金因其特性在眾多工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)重要地位。由于鈦合金具有高耐腐蝕性、低密度、高比強(qiáng)度和低楊氏模量等特性,鈦合金已成為醫(yī)療設(shè)備中不可或缺的生物材料,尤其是在骨科領(lǐng)域。通過(guò)銑削、車(chē)削和鉆孔等傳統(tǒng)加工工藝制造鈦合金時(shí)遇到的問(wèn)題已廣為人知,并得到了廣泛研究。低導(dǎo)熱性、高化學(xué)反應(yīng)性和高溫下的高硬度使其成為難以加工的材料。盡管人們已經(jīng)對(duì)鈦合金的加工問(wèn)題有了廣泛的了解,并不斷開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)克服這些問(wèn)題,但仍無(wú)法像加工其他金屬一樣加工這種材料。本文基于 Scopus 和 Scholar 2010 年至 2020 年的研究,探討了與醫(yī)療設(shè)備制造中使用的鈦合金加工相關(guān)的主要問(wèn)題,以及當(dāng)前為解決這些問(wèn)題所采取的解決方案。從查閱的研究中可以得出這樣的結(jié)論:銑削、車(chē)削和螺旋銑削的切削速度最高可達(dá) 100 米/分鐘,鉆孔速度最高可達(dá) 40 米/分鐘。至于進(jìn)給速度,銑削和螺旋銑削可達(dá) 0.1 毫米/齒,車(chē)削可達(dá) 0.3 毫米/轉(zhuǎn),鉆孔可達(dá) 0.1 毫米/轉(zhuǎn)。此外,最小量潤(rùn)滑是緩解鈦合金加工問(wèn)題的有效解決方案。
簡(jiǎn)介
由于鈦合金具有優(yōu)良的特性,其作為生物材料在醫(yī)療應(yīng)用(如骨科和牙科植入物)中的使用越來(lái)越普遍。較高的耐腐蝕性、良好的強(qiáng)度重量比、較低的彈性模量、較高的生物相容性和較低的密度使鈦合金成為需要可靠性、性能和耐久性的部件的首選。
然而,由于鈦合金具有低導(dǎo)熱性、高硬度和高化學(xué)反應(yīng)性,因此很難加工。這些因素導(dǎo)致切削工具快速磨損、加工區(qū)域表面質(zhì)量差、生產(chǎn)率低,以及與高生產(chǎn)成本相關(guān)的不良經(jīng)濟(jì)后果。
對(duì)于骨科植入物來(lái)說(shuō),用于醫(yī)療器械的加工部件的表面質(zhì)量決定了它們與宿主的兼容性和骨結(jié)合性。要達(dá)到理想的粗糙度值,從而保證加工部件的質(zhì)量,必須控制加工參數(shù)、切削工具的狀態(tài)和加工條件。
耐腐蝕、耐磨損和耐疲勞性與表面質(zhì)量直接相關(guān)。上述問(wèn)題是決定植入物在宿主體內(nèi)壽命長(zhǎng)短的決定性因素。
本文所介紹的工作的主要?jiǎng)訖C(jī)是對(duì)鈦合金的可加工性進(jìn)行最新概述,其中參考了一些基于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的主要和最新研究工作。由于參考實(shí)驗(yàn)中使用的切削參數(shù)接近或等同于當(dāng)前生產(chǎn)中使用的參數(shù),這就成為一種優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫@樣可以縮小實(shí)驗(yàn)室研究與工業(yè)實(shí)踐之間的差距。
本文首先介紹了鈦合金及其作為生物材料的用途。報(bào)告了有關(guān)銑削、車(chē)削、鉆孔和螺旋銑削等加工方面的研究工作。此外,還從冷卻和潤(rùn)滑的角度探討了高速加工(HSM)和可持續(xù)性問(wèn)題。最后,基于前面提出的主要方面對(duì)這項(xiàng)工作進(jìn)行了總結(jié)。
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