在醫(yī)療產(chǎn)品上的應(yīng)用。
我國(guó)是人口大國(guó)
而醫(yī)療產(chǎn)品如何不斷提高質(zhì)量、降低成本是國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直研究的課題。醫(yī)療產(chǎn)品的需求量很大,并且很多產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)也很精密復(fù)雜,需要一種新的制造技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn),
金屬粉末注射成形 (Metal Injection Molding
,MIM)是一種新型的近凈成形技術(shù),可在較短的周期內(nèi)批量生產(chǎn)出具有復(fù)雜形狀的產(chǎn)品,能符合醫(yī)療產(chǎn)品的制造要求,成為一種理想的制造方法。 1 MIM 技術(shù)1.1 MIM 技術(shù)的工藝流程
MIM 是 20 世紀(jì)快速發(fā)展起來(lái)的近凈成形工藝,一般工藝過(guò)程為:粉末 + 粘結(jié)劑→混煉→注射成形→脫脂→燒結(jié)。
首先是利用高分子聚合物與粉末混合,在一定條件下混煉出具有足夠的流動(dòng)性、混合均勻并滿(mǎn)足注射要求的喂料,其次是選擇合適的注射溫度、注射壓力和注射速度等工藝參數(shù)進(jìn)行注射成形,然后是脫去注射坯中的粘結(jié)劑后進(jìn)行燒結(jié),使粉末形成冶金結(jié)合,最后得到符合要求的制件。
1.2 MIM 技術(shù)的特點(diǎn)
MIM 是集塑料成形工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合而形成的一種零部件新型近凈成形技術(shù),具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
①利用 MIM 技術(shù)成形后的零件不需要后續(xù)加工或者后續(xù)加工很少,材料利用率高,屬于近凈成形技術(shù),可生產(chǎn)高性能、形狀復(fù)雜的零件。
②可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)喂料的填充過(guò)程
③注射過(guò)程中腔內(nèi)部各點(diǎn)壓力相等
2.1 MIM 技術(shù)制造的醫(yī)療產(chǎn)品
醫(yī)療產(chǎn)品一般要求具有良好的使用性和足夠長(zhǎng)的使用壽命,并且在結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)上要有靈活的設(shè)計(jì)性[3]。
20 世紀(jì) 80 年代初期 MIM 技術(shù)首次在醫(yī)療產(chǎn)品得到應(yīng)用,至今已經(jīng)成為 MIM 市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。
圖 1 是 2015 年北美地區(qū) MIM 技術(shù)在不同行業(yè)所占的比例[4]?div id="d48novz" class="flower left">

2.1.1 牙齒正畸形托槽
MIM 技術(shù)在醫(yī)療上最早是用來(lái)制取一些牙齒矯形器具,這些精密產(chǎn)品的尺寸非常小,生物相容性和耐腐蝕性也較好,主要使用的材料就是 316L 不銹鋼,目前正畸形托槽仍然是 MIM 行業(yè)的主要產(chǎn)品。
德國(guó) Forestadent 公司用 MIM 技術(shù)生產(chǎn)出一種雙向倒勾式的正畸形托槽
,機(jī)械固位力能提高30%,利用 MIM 一次成形后進(jìn)行拋光,能使托槽對(duì)弓絲的摩擦力大大降低外科手術(shù)工具要求具有高強(qiáng)度
FloMet 有限公司使用 MIM 技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種不銹鋼爪[7]
利用 MIM 技術(shù)成形后再進(jìn)行燒結(jié)
利用鑄造或者機(jī)加工的方法很難來(lái)生產(chǎn)這種形狀復(fù)雜的不銹鋼爪,需要較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期
一次性的外科手術(shù)工具需要開(kāi)發(fā)一種能夠低成本批量生產(chǎn)的工藝,史密斯金屬產(chǎn)品公司利用 MIM技術(shù)生產(chǎn)一種軸組件[8]
該產(chǎn)品的的制造工藝過(guò)程是:首先用MIM 技術(shù)成形 178mm 長(zhǎng)的兩個(gè)軸部件,然后將 2個(gè)部分激光焊接,再進(jìn)行后續(xù)的機(jī)加工和熱處理
2.1.3 膝蓋植入零件
MIM 技術(shù)在人體植入領(lǐng)域進(jìn)展的比較緩慢
目前利用 MIM 技術(shù)能夠生產(chǎn)部分替代骨頭和關(guān)節(jié)的零件,使用的金屬材料主要是 Ti 合金[9]
在生物相容性方面
結(jié)果表明:明膠緩釋微球涂層多孔鈦無(wú)細(xì)胞毒性,可以很好的用來(lái)作為醫(yī)療植入物的材料
加拿大 MaettaSciencesInc 公司成功利用 Ti-6Al-4V 生產(chǎn)出人體植入用膝蓋樣品零件 [11]
2.1.4 助聽(tīng)器聲管
MIM 技術(shù)還可用來(lái)生產(chǎn)各種醫(yī)療設(shè)備的零部件。
Indo-MIM 公司利用 MIM 技術(shù)為德國(guó) Phonak公司生產(chǎn)一種助聽(tīng)器聲管[12]
MIM 成形后燒結(jié)就可得到這種形狀復(fù)雜的助聽(tīng)器聲管
該聲管的密度大于 7.65 g/cm3
MIM 技術(shù)在醫(yī)療上還可用來(lái)生產(chǎn)很多產(chǎn)品
2.2 醫(yī)療產(chǎn)品應(yīng)用的 MIM 新技術(shù)
2.2.1 金屬微注射成形
金 屬 微 注 射 成 形 技 術(shù) (metal micro injectionmolding
通常意義上 μMIM 可用來(lái)生產(chǎn)的產(chǎn)品有兩種:
①尺寸達(dá)到微米級(jí)
②零件的外觀尺寸與傳統(tǒng)注射成形零件的尺寸相似
近些年來(lái),微注射成形成為注射成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)
目前
圖 2 為德國(guó) IFAM 公司利用 μMIM 技術(shù)生產(chǎn)的用于外科手術(shù)使用的縫合錨[16],它的尺寸只有火柴頭大小圖 2 縫合錨
2.2.2 金屬共注射成形
金屬共注射成形 (metal co injection molding
該工藝是同時(shí)或分批的將兩種具有不同特性的材料注射到一個(gè)模具中
采用這種方法能獲得具有功能性和復(fù)雜形狀的芯 / 殼層結(jié)構(gòu),并且不需要對(duì)制品進(jìn)行如涂層、熱處理和組裝等的后續(xù)工藝。最終實(shí)現(xiàn)了一道工序可制備出功能梯度材料,極大地減少了工序,降低了成本。
Co-MIM 技術(shù)為功能零件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)提供了一種新思路。李益民等[17]已經(jīng)利用 Co-MIM 技術(shù)提出一種新的生物種植結(jié)構(gòu),廣泛的應(yīng)用于致密的皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)和外孔內(nèi)實(shí)的松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)有利于種植骨和周?chē)琴|(zhì)結(jié)構(gòu)的界面應(yīng)力傳遞,外層多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率體積比在 5%~60%
3 展望
根據(jù) BCCresearch 最近對(duì)金屬和陶瓷注射成形的市場(chǎng)研究預(yù)測(cè)
同時(shí)
在新版的歐洲粉末冶金行業(yè)路線圖中,歐洲粉末冶金協(xié)會(huì)指出醫(yī)療市場(chǎng)是注射成形行業(yè)極其重要的一個(gè)部分[18]
隨著市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大相關(guān)文章:
廣東昶豐科技有限公司
江蘇辦事處地址:蘇州市昆山市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)滬巷路6號(hào)
聯(lián)系人:劉光桂
手機(jī)/微信:13829291707