鈦合金醫(yī)療零部件 | 鈦合金加工在醫(yī)療領域中的應用

　　鈦合金因其特性在眾多工業(yè)應用中占據(jù)重要地位。由于鈦合金具有高耐腐蝕性、低密度、高比強度和低楊氏模量等特性，鈦合金已成為醫(yī)療設備中不可或缺的生物材料，尤其是在骨科領域。通過銑削、車削和鉆孔等傳統(tǒng)加工工藝制造鈦合金時遇到的問題已廣為人知，并得到了廣泛研究。低導熱性、高化學反應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)對鈦合金的加工問題有了廣泛的了解，并不斷開發(fā)技術(shù)來克服這些問題，但仍無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)療設備制造中使用的鈦合金加工相關的主要問題，以及當前為解決這些問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、車削和螺旋銑削的切削速度最高可達 100 米/分鐘，鉆孔速度最高可達 40 米/分鐘。至于進給速度，銑削和螺旋銑削可達 0.1 毫米/齒，車削可達 0.3 毫米/轉(zhuǎn)，鉆孔可達 0.1 毫米/轉(zhuǎn)。此外，最小量潤滑是緩解鈦合金加工問題的有效解決方案。

　　由于鈦合金具有優(yōu)良的特性，其作為生物材料在醫(yī)療應用（如骨科和牙科植入物）中的使用越來越普遍。較高的耐腐蝕性、良好的強度重量比、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熱性、高硬度和高化學反應性，因此很難加工。這些因素導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)成本相關的不良經(jīng)濟后果。

　　對于骨科植入物來說，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。上述問題是決定植入物在宿主體內(nèi)壽命長短的決定性因素。

　　本文所介紹的工作的主要動機是對鈦合金的可加工性進行最新概述，其中參考了一些基于實驗測試的主要和最新研究工作。由于參考實驗中使用的切削參數(shù)接近或等同于當前生產(chǎn)中使用的參數(shù)，這就成為一種優(yōu)勢，因為這樣可以縮小實驗室研究與工業(yè)實踐之間的差距。

　　本文首先介紹了鈦合金及其作為生物材料的用途。報告了有關銑削、車削、鉆孔和螺旋銑削等加工方面的研究工作。此外，還從冷卻和潤滑的角度探討了高速加工（HSM）和可持續(xù)性問題。最后，基于前面提出的主要方面對這項工作進行了總結(jié)。