Применение технологии литья под давлением металлических порошков MIM в медицинских изделиях

 

Дата выпуска：[2024/4/16]
 

Китай является большой демографической страной, и старение населения становится все более серьезным. Помимо чрезмерного ущерба окружающей среде в прошлом, стремление к экономическому развитию ставит огромные проблемы для здоровья людей и стимулирует спрос на медицинские продукты в обществе в целом.
Как постоянно улучшать качество медицинских изделий и снижать затраты - это тема, которую изучают отечественные и зарубежные ученые. Спрос на медицинские изделия высок, и многие из них имеют сложную структуру, требующую новой технологии производства, чтобы заменить традиционное производство.
Металлическое инъекционное формование (MIM) - это новая технология ближнего чистого формования, которая может производить сложные формы за короткий промежуток времени для удовлетворения производственных требований медицинских изделий. Методы изготовления.
1 Технология MIM
1.1 Технологический процесс MIM
MIM - это процесс почти чистого формования, который быстро развивался в XX веке. Общий процесс: порошок + связующее вещество → Смешанные → Формирование путем инъекций → Обезжиривание → Спекание.
Первый состоит в том, чтобы смешать полимер с порошком, смешать при определенных условиях подачу с достаточной текучестью, смешать равномерно и соответствовать требованиям инъекции, а затем выбрать правильную температуру инъекции, давление инъекции и скорость инъекции. Проводится инъекционное формование, затем извлекается связующее вещество из инъекционной заготовки, затем спекается, чтобы сформировать металлургическое соединение и в конечном итоге получить нужный продукт.
1.2 Особенности технологии MIM
MIM - это новая технология ближнего чистого формования, которая сочетает в себе технологию пластического формования, химию полимеров, технологию порошковой металлургии и науку о металлических материалах. Он имеет следующие характеристики:
1 Детали, сформированные с использованием технологии MIM, не требуют последующей обработки или последующей обработки, а коэффициент использования материала высок. Это технологии ближнего чистого формования, которые могут производить высокопроизводительные и сложные детали.
2 Процесс наполнения подачи и процесс спекания продукта могут быть смоделированы с помощью компьютера и могут быть оптимизированы на ранней стадии [1 - 2] для оптимального проектирования.
3 Во время инъекции давление в каждой точке полости равное. В предпосылке равномерного смешивания кормов плотность везде равна, градиент плотности не появляется, легко достичь массового производства.
2 Применение технологии MIM в медицинских изделиях
2.1 Медицинские изделия, изготовленные по технологии MIM
Медицинские изделия, как правило, требуют хорошей доступности и достаточно длительного срока службы, гибкого дизайна с точки зрения структуры и формы.
В начале 1980 - х годов технология MIM была впервые применена к медицинским изделиям и стала самым быстрорастущим сегментом рынка MIM.
На рисунке 1 показана доля североамериканских технологий MIM в различных отраслях в 2015 году [4]. Таким образом, медицина и стоматология стали основными областями применения MIM в Северной Америке.
В настоящее время большинство медицинских продуктов MIM используют нержавеющую сталь, основные марки 316L и 17 - 4PH; Есть титановый сплав, магниевый сплав, золото, серебро, сурьма и так далее [5].
2.1.1 Ортоплазма
Технология MIM была впервые применена в медицине для создания некоторых ортодонтических ортодонтов. Эти прецизионные продукты очень малы по размерам, биологической совместимости и коррозионной стойкости. Основным используемым материалом является нержавеющая сталь 316L. Леопарды остаются основным продуктом MIM - индустрии.
Немецкая компания Forestat использует технологию MIM для производства двухстороннего положительного лотка с обратным крюком, который повышает механическую устойчивость на 30%. MIM может быть полирован после одной формовки, что значительно снижает трение между кронштейном и луком. Bjorn Ludwig подтвердил, что этот продукт положительно влияет на ортодонтическую хирургию [6].
2.1.2 Хирургические инструменты
Хирургические инструменты требуют высокой интенсивности, низкого уровня загрязнения крови и способности проводить активные процедуры дезинфекции. Технология MIM предназначена для удовлетворения потребностей большинства хирургических инструментов, обеспечивая технологические преимущества и низкую стоимость. Производство различных металлов постепенно вытесняет традиционные методы производства и становится основным методом производства.
Компания FloMet Ltd. использует технологию MIM для разработки когтя из нержавеющей стали [7], изготовленного из нержавеющей стали 17 - 4PH с плотностью более 7,5 г / см3. Он может быть использован для захвата предметов в организме человека во время операции и имеет функцию скорпиона. Конструкция довольно сложна и требует высокой точности производства.

Высокий уровень допуска может быть достигнут после формирования и спекания с помощью технологии MIM без большого количества последующей обработки, чтобы избежать разрушения линии и геометрии плоскогубца.

Трудно производить такие сложные когти из нержавеющей стали с помощью литья или механической обработки, что требует более длительных производственных циклов и более высоких затрат, а использование технологии MIM может сэкономить 60%.
Одноразовые хирургические инструменты требуют разработки процесса, который может быть произведен в больших масштабах по низкой цене. Компания Smith Metals использует технологию MIM для производства осевых компонентов для новых одноразовых хирургических инструментов [8] по цене только в Швейцарии. Станки с ЧПУ от 1 / 4 до 1 / 5, плотность 7,5 г / см3, предельная прочность на растяжение 1190 МПа, текучесть 1090 МПа, удлинение 6,0%, максимальная твердость 33 HRC.
Процесс изготовления изделия заключается в том, что сначала с помощью технологии MIM образуются две осевые части длиной 178 мм, затем две части свариваются лазером, а затем требуется последующая механическая и термическая обработка. Чтобы соответствовать лучшим требованиям допуска, необходимо распыление. Пилюли и пассивация.
2.1.3 Экстракт коленного сустава
Технология MIM медленно развивается в области имплантатов человека, главным образом из - за длительного периода времени, необходимого для сертификации и принятия продукта.
В настоящее время технология MIM может быть использована для производства запасных частей для замены костей и суставов. Используемый металлический материал в основном состоит из титанового сплава [9].
Что касается биологической совместимости, Чэнь Лянцзянь и другие [10] использовали пористую технологию MIM для подготовки пористости 60% пористого титана, а желатиновые микроволны с медленным высвобождением были подготовлены с помощью улучшенного метода конденсации и скрещивания для применения на пористой титановой поверхности.
Результаты показали, что желатиновые микросферы с медленным высвобождением покрыты пористым титаном без клеточной токсичности и могут использоваться в качестве материала для медицинских имплантатов.
Канадская компания Maetta Scieences AG успешно использует Ti - 6Al - 4V для производства имплантатов коленного сустава для имплантатов человека [11]. Имплантат в основном подвергается стрессу после попадания в организм и обладает хорошей биологической совместимостью. После формования MIM проводится термостатическое статическое давление, а затем дробь, полировка и анодное окисление, чтобы получить лучшие поверхностные свойства, уменьшить трение с человеческим телом, улучшить совместимость и срок службы.
2.1.4 Звуковые трубки слуховых аппаратов
Технология MIM также может быть использована для производства деталей для различных медицинских устройств.
Indo - MIM использует технологию MIM для производства слуховой трубки для немецкого Phonak [12], которая повышает частоту звука и улучшает слух.
После формирования и спекания MIM можно получить акустическую трубку в форме слухового аппарата. Чтобы поверхность звуковой трубки была гладкой и гладкой, ее нужно обрабатывать только пескоструйной струей из стеклянных шариков.
Плотность акустической трубки более 7,65 г / см3, прочность на растяжение до 480 МПа, текучесть 150 МПа, удлинение 45%, максимальная поверхностная твердость 100 HRB. Технология MIM может снизить затраты на 20% по сравнению с предыдущими традиционными производственными процессами.
Технология MIM также может быть использована для производства широкого спектра продуктов, включая интервальные стенты, радиационные экраны для шприцев из вольфрамового сплава высокой плотности, микрохирургические роботы, микроскопические насосные эндоскопические детали и фармацевтические ингаляторы [13].
2.2 Новые технологии MIM для медицинских изделий
2.2.1 Формирование металлов путем микроинъекций
Металлическое микроинъекционное формование (мкМИМ) - это технология формования, разработанная Институтом IFAM в Германии, которая органически применяет технологию MIM для подготовки деталей микронного класса.
Как правило, МММ может производить два типа продуктов:
От одной порции до размера микрон, до нескольких миллиграммов;
Размеры этих двух деталей аналогичны размерам обычных литых деталей, но размер местной конструкции достигает микрометрового уровня деталей с микроструктурой.
В последние годы микроинъекционное формование стало горячей точкой в области инъекционного формования. По мере развития современных машин в миниатюризации применение микроинъекционного формования будет расширяться [14].
В настоящее время исследовательский центр Carlsruha успешно применяет технологию мюMIM при производстве микродеталей медицинского оборудования [15], таких как спектрометры, титровые пластины и т. Д. Конструктивные размеры изделия микрон, минимальная толщина стенки 50 мкм.
На рисунке 2 показан хирургический сшитый якорь, изготовленный немецким IFAM с использованием технологии мю - МИМ [16], размером только со спичечную головку.
2.2.2 Формирование путем комбинированной инъекции металлов
Металлическая конъюнктивация (co - MIM) возникла в 1990 - х годах и представляет собой технологию инъекции порошка сэндвичным способом.
Этот процесс представляет собой комбинированную инъекцию материалов двух разных характеристик одновременно или партиями в форму, которая может объединять металлические материалы и материалы с совершенно разными свойствами в одну и ту же деталь.
Таким образом, можно получить функциональные и сложные формы ядерных / корпусных конструкций, и изделие не требует последующих процессов, таких как нанесение покрытия, термическая обработка и сборка. Наконец, можно использовать процесс подготовки функционального градиентного материала, который значительно сокращает количество процессов и снижает затраты.
Технология Co - MIM предлагает новую идею для разработки и проектирования функциональных компонентов. Ли Иминь и другие [17] использовали технологию Co - MIM, чтобы предложить новую биологическую структуру посадки, которая широко используется в плотной кортикальной костной структуре и сплошной рыхлой костной структуре наружного отверстия.
Эта структура облегчает передачу напряжений между имплантированными костями и окружающими костными структурами. Пористость внешней пористости составляет от 5 до 60%, а максимальная пористость - 400 мкм.
3 Перспективы
Согласно недавнему исследованию рынка металлов и керамического литья, проведенному BCCresearch, глобальная рыночная стоимость металлов и керамических инъекционных формовок вырастет с 1,5 млрд. долларов США в 2012 году до почти 2,9 млрд. долларов США в 2018 году со среднегодовым темпом роста 11,4%.
В то же время, с падением продаж автомобилей, технология MIM войдет в медицинские, аэрокосмические, электронные и другие области.
В новой европейской дорожной карте для порошковой металлургии Европейская ассоциация порошковой металлургии отмечает, что медицинский рынок является чрезвычайно важной частью индустрии инъекций.
По мере того, как рынок продолжает расширяться, применение MIM - технологий в медицине будет углубляться, и различные новые материалы и процессы, основанные на MIM - технологиях, будут продолжать развиваться.
Ультразвуковая хирургическая головка
Shenzhen Yujiaxin Tech Co., Ltd. является опытным производителем различных медицинских устройств MIM. В будущем он будет уделять больше внимания высокоточным изделиям для литья металлических порошков в индустрии медицинского оборудования.