| 中國市場對醫療器械的需求增長之迅猛有目共睹。尤其是高端醫療器械和用具市場，待挖掘的市場潛力頗為巨大。市場競爭已然愈演愈烈，而金屬加工製造商在這一領域的優勢亦不斷得以突顯。 |
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車銑複合中心加工精密醫療零件大有可為
徐正平
作為工作母機的機床工業，是一切製造業的基礎，隨著社會進步與技術的不斷創新，數控機床在醫療領域的運用也日漸寬廣。近一段時間來，多軸聯動的車銑複合中心機床在精密醫療器材製造領域的表現可圈可點，便是一個明證。
目前，多軸聯動數控機床加工的精密醫療器材零件，主要是骨科植入件（椎弓鉤、骨鋼板、骨螺釘、髖臼球等）與齒科植入件（種植體基台、義齒模型等），當然還有心臟起博器零件、血液透析器零件等等。
這些零件特點是形狀複雜、材料堅韌，而棒料車銑複合加工中心正是加工此類零件的理想工藝裝備。其關鍵則在於，機床經兩次裝夾後可對小型精密零件進行第六面加工。在這一領域，研究得較為深入的是瑞士、德囯和日本等囯的一些機床製造企業。
精密醫療器材加工的獨特之處
為什麼說車銑複合中心是這些零件的理想工藝裝備呢？回答這個問題之前，首先要瞭解精密醫療零件的特點所在。
首先，這類精密的小零件大多是小批量、多品種加工，取材一般為棒材，故自動送料的棒料數控車床乃是首選的工裝對象，而且最好有正、副兩根主軸——因為正主軸尚需將未加工完畢的零件送到副主軸繼續加工。
其次，由於零件均是形狀不規則的異形件，僅僅靠回轉車削加工是不夠的，所以還得多工序換刀予以銑削，故而銑頭能作B軸轉擺的立式加工中心成了數控車床的工藝補充。
最後，由於要全自動完成零件加工，俗稱是六面加工，那麼零件的第二次裝夾也就自然而然地成了加工的關鍵所在。
車銑複合中心：勝任棒材零件的多工序自動加工
製造商所研發的產品爭奇鬥豔，設計各有巧妙，下面舉些車銑複合中心的實例，來剖析這類機床的奧妙所在。
瑞士寶美技術（BUMOTEC）公司研發的S-191Linear車、銑、插、磨複合中心就是典型的加工棒料六面體零件的高效機床。其為7軸5聯動，佈局為緊湊型斜床身結構，床身材料採用整體高強度抗振鑄鐵。
圖1 瑞士寶美技術（BUMOTEC）公司研發的S-191Linear車、銑、插、磨複合中心 |
鑒於醫療器械零件的材質堅硬，故而機床剛性一定要強，正是考慮到這些關鍵要素，瑞士寶美公司採用有限元設計，並多次進行整機強度校驗，令機床在加工中遊刃有餘。
臥式安置的兩根車床主軸相對裝於床身的正面，左面是固定的正主軸，右側為副主軸，它可沿45°斜面進行立臥轉換，並可繞X軸進行A向回轉，同時又可作W軸的左右移動。
棒料由正主軸通孔自動送入，機床就對棒料露出的端部作車、銑加工。由於機床的兩根主軸可同步旋轉，故零件加工中棒料可自動從正主軸送入副主軸，隨後切斷一分為二。副主軸是六面加工的關鍵裝置，它接過正主軸傳來的零件，即可從水平位置轉90°至垂直向上位置，讓銑主軸加工露出的零件端部。
垂直設置的銑頭主軸由於可繞B軸回轉90°，同時銑頭的主軸箱本身能作上下、前後、左右運動。因此，它既可銑削正主軸裝夾零件所露出的零件右端部位，又可銑削副主軸所裝夾後露出的左端部位，鑒於上述功能，機床的兩根車削主軸經二次裝夾後，可對零件作六面加工。
另一家瑞士企業威力銘-馬科黛爾（Wellimin-Macodal）公司，也是一家專業生產多軸聯動加工中心的製造商，其推出的W508MT銑車複合加工中心，同樣能看成是棒材零件多工序自動加工的一個典範。
W508MT是一台斜楔式床身型車銑複合加工中心，為立柱能沿Y向前後運動的動柱式立加，然而銑頭可作B軸擺動，整個立柱與下方滑台作縱向X運動，由右端伺服電機驅動；左端是車削的正主軸，棒料通過正主軸通孔由液壓棒料輸送裝置送到指定位置，夾緊後對零件前端進行五軸銑車加工，隨後的加工就由位於機床前方的背主軸裝置完成了。
圖2 W508MT的實物加工圖 |
這個背主軸裝置是威力銘-馬科黛爾公司的專利發明，它是個可繞Y軸回轉的多功能塔座，由三部分組成。中間是車削副主軸，左邊是自動定心虎鉗，右邊則是尾架。副主軸的功能是接正主軸傳來的棒料後將其夾緊；液壓自定心虎鉗將對工件作第六面加工；當加工細長軸零件時，由尾架頂進工件右端，以防撓曲變形。這種三工位塔座使得機床工藝適應範圍更廣，同時也增強了其整體剛性。
這個塔座還具備U軸功能，縱向正常工作進給由X軸完成，但塔座的定位、接料、退位等就由U軸完成。這是一種快速、穩定的進給新方式，旨在提高零件的加工精度。
W508MT還帶有一個螺紋旋削加工裝置，可安裝在銑主軸錐面上，就像滾齒機那般加工。值得一提的還有，這款復合加工中心的盤式刀庫也頗具特色，它不同於普通立加的斗笠式刀庫，而是分上、下兩層，能裝48把刀。
展望
人類總是不斷在發展與前進，醫療器械當然同樣如此。記得20多年前，二軍大長征醫院趙定麟教授曾請我畫過一個連接脊椎的記憶金屬片，而今此物已被椎弓鉤取代，其強度也不知擴大了多少倍，手術亦相當簡單安全，這就是技術進步造福人類的一個例子。
還需指出的是，以往骨科、齒科植入件，是富人的專利。然而病痛是不分窮富的，因此對中國這個發展中的人口大國來說，此類精密零件的需求非常大，故多軸聯動車銑複合加工中心的市場面應該很廣，它的進一步普及應用勢必給人類健康帶來福音。
據統計，在過去幾年中，中國骨科設備市場經歷了迅速增長，增幅高達14－16％。其中，膝關節植入佔據整個骨科設備市場份額的50％，位列第一；而外傷及髖關節手術設備則平分另外半壁江山。目前，中國骨科設備市場的贈書趨於平緩，但據估測，仍將保持8％左右的增速。
時事追蹤
MEDTEC China 2009：迎合中國醫療設備市場需求
9月8日至10日於上海國際展覽中心，醫療行業的盛會—2009中國國際醫療設備設計與技術展覽會暨研討會（MEDTEC China 2009）即將拉開帷幕。由匯科傳訊集團及中國國際貿易促進委員會上海市分會聯合主辦的這項展會，本次已是第五次亮相中國。
據主辦方介紹，MEDTEC China 2009預計將有200多家參展商亮相，其中47%來自海外。
而作為全球醫療行業發展趨勢的一站式資源展示平臺，該展會將展示高質量的醫用原材料、生產和加工機械、生產技術等。主要展品類別包括：多軸機床、粘合與連接技術、自動化及組裝技術、其他微細加工技術、設計與製造軟件、電子元件、電子製造外包服務（EMS ）、擠出技術及特殊管件、篩檢程式、薄膜及其它元件、鐳射及標印技術、包裝技術及材料、塑膠加工技術、樹脂及原材料、泵、電機與運動控制、無紡布及膠帶、特殊合金、殺菌消毒服務、絲線及彈簧。
在醫療技術領域，創新往往與成本控制密不可分。對於未來醫療市場值得關注的領域，在中國，醫用塑膠、心血管科和骨科獲得了急速發展，為此，本屆MEDTEC China將於教育性活動中重點討論這三大市場的創新科技及用料。
展會期間的研討會被劃分為2個環節：“行業的法規標準及優良規範”及“醫療器械技術創新論壇”，為法規及工程人員分別提供最新的行業標準及前沿的研究成果。
由於中國政府計劃投資8500億元用於醫院建設，以保證到2011年每個縣擁有至少一家醫院，這項計劃預計可以給醫療設備製造商及其供應商帶來巨大的實惠。政府對醫療行業的大力投入為市場繁榮提供了前提，而中國醫院也急需提高醫療設備的標準與質量。雖然目前在中國，90%的高端醫療設備為進口，但隨著本地製造商有能力以低於30%的成本生產同樣高品質的設備，本地醫療產品必將逐步佔據主要地位。所有這些，決定了中國醫療設備市場在未來幾年有相當樂觀的發展空間。
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活躍在醫療領域的領先供應商
本刊採編
隨著人們生活質量的提高和中國政府在公共健康與醫療保健服務方面的持續投入，中國市場對中高端醫療器械的需求與日俱增，而供應商們取得競爭優勢的“不二法門”便是通過工藝創新來穩步提高產品質量。與此同時，無論是海外或是國內廠商，都必須深入瞭解這一市場，與中國的醫療行業用戶精誠合作，持續優化加工工藝。
事實上，由於醫療領域零件生產的多品種小批量特點，選擇機床的一個重要前提是其加工的靈活性和工藝適應性。而且，供應商的應用技術實力也不容小覷，決不是只要採購到著名品牌的高檔機床就可以“一勞永逸”了——因為，供貨商的應用支援是否到位也將非常關鍵，越是複雜的機床設備越需要強有力的應用支援，如此才能達成加工質量和加工效率的同步提升。
瑞士GF阿奇夏米爾：用高性能銑削加工中心製造醫療器械
開發醫療領域的精密加工技術一直是GF阿奇夏米爾集團重點發展的應用領域，而適合醫療加工應用的高速高性能加工中心和放電加工機床以及相關工藝技術的開發，已被證實有效地提高了相關零件的加工效率和質量。
下文特以骨銼和膝關節骨墊的加工為例，說明採用高速高性能銑削加工中心來加工醫療器械零件時所具有的優勢。骨科植入物多採用鈦合金或不銹鋼，主要零件有接骨板、人工關節、骨釘以及輔助工具骨銼等。
1.骨銼加工
骨銼是骨科手術的重要工具，其形狀複雜且材料硬度大，需採用5軸聯動機床加工。對於長骨銼，由於形狀細長，若採用普通5軸機床立式裝夾，加工時力臂太長，而且往往為了避免干涉需要採用較長的刀具，造成加工剛性差、振動很大。
如圖所示，GF阿奇夏米爾的MIKRON UCP 600 Vario RTT 是採用扭矩電機直接驅動工作臺的5軸聯動高速加工中心，工作臺擺動範圍較大，加上20,000轉/分的高速電主軸,可充分應對骨銼形狀複雜的加工。
採用MIKRON UCP 600 Vario RTT加工骨銼 |
該機床集成了自動尾座系統，可以兩端夾持工件，工作臺擺動到水平位置進行加工。而且，專為5軸回轉類零件設計的工作臺面尺寸適中，避免了刀具干涉，可以選擇正常長度的刀具。同時，尾座頂尖的壓力可根據不同零件來調節，保證了裝夾穩定性，加工中的振動也明顯減少，確保了高質量的加工。
2.膝關節骨墊加工
膝關節骨墊採用高分子聚乙烯材料，3維輪廓曲面，對表面光潔度要求較高。這種材料非常適合採用高速銑削，可以採用大吃刀量高轉速加工，不僅能提高加工效率，也能優化表面質量。
採用瑞士GF阿奇夏米爾MIKRON HSM 500高速銑削立式加工中心製造膝關節骨墊，可配置42,000轉/分高速電主軸，採用粗、精加工整體硬質合金立銑刀各一把，精加工時採用滿轉速（42,000轉/分）進行加工，整個加工僅用時23分鐘，表面粗糙度可達Ra0.4µm。
三菱電機：以最先進電加工技術開拓醫療領域的未來
其實，在醫療裝備製造領域，可以大展拳腳的還有放電加工機這種機型。本刊此前在採訪三菱電機自動化（上海）有限公司時，該公司加工機事業部事業部長兼鐳射加工機部高級經理林晃便介紹道：“我們的放電加工機也不僅僅是考慮模具行業需求—當然，這是最主要的一部分，佔到約70%的比例，其餘30%則供向包括航空航太、醫療相關零部件在內的各種零部件製造行業。以醫療方面的應用為例，我們一直強調以最先進的電加工技術開拓醫療的未來。”
三菱電機線切割放電加工機床FA10S-A亦相當適合醫療裝備器件的製造 |
據瞭解，在該領域的產品研製方面，三菱早先就已積極開展與本國學術界和政府的三方聯合，不斷攻關。包括用於牙科的合金的精密焊接、人工膝關節方面，三菱電機都已能通過活用放電加工的特性，針對不銹鋼和合金等這些機加工非常困難的材料，實現高速、高精度加工。三菱電機的放電加工機已成功應用於齒科植入物、藥片成型模具、人工骨關節/肩關節/膝關節等的製造，實現了此前醫療領域的傳統加工模式難以完成的加工。
寶力機械：提供醫療裝備製造整套解決方案
擁有30年曆史的寶力機械有限公司，一直以代理各國的精良機械而著稱。在7月中旬於上海舉行的2009第11屆上海國際機床展（EASTPO 2009）上，本刊記者在採訪中瞭解到，該公司自去年起便設置了醫療行業的應用開發小組，並已成功通過提供整套解決方案，面向國內客戶提供了比歐洲機床更好的骨釘製造解決方案。
據該公司中國貿易部經理楊建業介紹，通過該公司資深的售前和售後人員的合作，該公司提供了以西鐵城車床配置旋風銑為主體的骨釘加工工藝方案，而所有的刀具和配套設施亦都由寶力機械所經銷的品牌提供。經與客戶方充分溝通，已驗證這套加工方案能夠實現比歐洲機床的專機配置更高優良的加工，而且在成本上也更具競爭力。
具體來看西鐵城主軸箱移動型數控自動車床系列，其有多款機型可適用於醫療專用機械植入物的製造與應用：比如骨釘、脊椎釘的加工，可採用K、L、M機型完成；牙科、骨科植入釘的加工，則可採用L、M、H機型；螺帽等連接件可採用A、B、K、L、M、H機型來加工。
西鐵城主軸箱移動型數控自動車床M12
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而寶力機械代理的兄弟公司電腦數控攻牙中心TC-S2CZ，則主要適於骨科植入中金屬接骨板的加工。事實上，TC系列電腦數控攻牙中心可進行柔性加工、快速轉換以用於生產不同產品，能確保高精度，適用於小批量生產，操作簡易且具備多功能加工模式。
Delcam：3D牙科CAD/CAM軟件系統專門面向牙齒成型製
英國Delcam（中國）有限公司攜PowerMILL， FeatureCAM，PartMaker，ArtCAM和DentMILL等軟件產品亮相EASTPO 2009。據Delcam中國區副總經理陳偉明向本刊介紹，本次的主推產品便是專門用於牙齒成型製造的DentMILL。
據陳偉明介紹，DentMILL是一款3D牙科CAD/CAM軟件系統，提供了3D環境下快捷、方便地進行牙科修復產品的CAD/CAM設計和製造的方式，可幫助客戶在幾小時之內完成高品質牙科的修復製作，易於與特定供應商協同工作，適用於包括氧化鋯、鈦及合金材料等在內的全部材料類型，可提高材料利用率，降低材料成本，並易於拓展與各類客戶群的業務往來。
值得一提的是，這款牙科解決方案具有獨特的智慧自動設計製造嚮導，無需操作者熟悉CAD/CAM專業技術，即可通過牙齒表面的一次性掃描對產品進行造型，大幅提高了應用者對於複雜外形和結構的產品的工作效率。
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