隨著人類壽命的普遍延長(zhǎng)，越來越多的老年人患有關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松癥，這導(dǎo)致骨科置換器械的需求量不斷增長(zhǎng)。全球范圍內(nèi)的體重增加和肥胖化趨勢(shì)使得人類骨骼關(guān)節(jié)要承受更大的壓力。此外，大多數(shù)人的生活方式正在改變，從缺乏體育鍛煉到增加運(yùn)動(dòng)參與度，進(jìn)一步增加了人們對(duì)身體部件置換件的需求。隨著新興經(jīng)濟(jì)體的發(fā)展，越來越多的人可以承擔(dān)骨科醫(yī)療器械費(fèi)用。據(jù)全球調(diào)研機(jī)構(gòu) Global Market Insights 預(yù)測(cè)，到 2024年，全球骨科器械市場(chǎng)的產(chǎn)值將會(huì)增長(zhǎng)到 500 億歐元(530 億美元)。

　　競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)刀具開發(fā)

　　在競(jìng)爭(zhēng)激烈的骨科配件市場(chǎng)，五家主要供應(yīng)商占據(jù)大約 85% 的市場(chǎng)份額，其他 200 多家公司競(jìng)爭(zhēng)剩余的份額。鑒于這種激烈的競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)備制造商致力于尋求更快、更經(jīng)濟(jì)的零件加工方法。通過應(yīng)用新型材料，植入物變得更堅(jiān)固、更輕，并且能夠在人體內(nèi)存續(xù)多達(dá) 25 年之久。此外，骨科器械是整個(gè)生活消費(fèi)品市場(chǎng)走向個(gè)性化的一部分;醫(yī)療器械制造商都在想方設(shè)法定制自身的產(chǎn)品，從而適應(yīng)患者對(duì)身體外觀和其他偏好的需求。產(chǎn)品多樣性已成為一項(xiàng)關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，機(jī)床制造商追求研發(fā)能夠快速加工復(fù)雜輪廓零件的方案，而刀具制造商致力于開發(fā)可以提供更高速度和靈活性的刀具技術(shù)。先進(jìn)的制造技術(shù)方案包括用于機(jī)加工的 3D 打印技術(shù)和先進(jìn)冷卻技術(shù)。

　　典型零件

　　骨科器械包括髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換零件、人造肘關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)、創(chuàng)傷康復(fù)器械、脊柱骨板以及各種康復(fù)用釘、桿和緊固件。關(guān)節(jié)重建器械約占 40% 以上的市場(chǎng)份額，其中大部分是髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換件。這些零件的關(guān)鍵要求是強(qiáng)度、可靠性、輕量化以及生物相容性。

　　加工挑戰(zhàn)

　　骨科配件通常由棒材、鑄件或鍛件加工而成，然后進(jìn)行研磨和拋光。對(duì)于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入物，最常見的工件材料是鈷鉻合金，但鈦合金的使用量也在增長(zhǎng)。典型的鈷鉻合金包括 CoCr28Mo6 等，而 Ti6Al4V鈦合金是最常用的材料。

　　這兩種材料都具有生物相容性，極其堅(jiān)硬，因此非常適合制造骨科零件。然而，這些相同的屬性也增加了合金的加工難度。鈷鉻合金堅(jiān)硬耐磨，彈性大，且導(dǎo)熱性差。這種合金可能包含堅(jiān)硬的、導(dǎo)致刀具嚴(yán)重磨損的磨蝕性成分，并會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)韌且連續(xù)的切屑，因此需要使用具有良好切屑控制性能的切削刃槽型。

　　鈦合金很輕且非常堅(jiān)固。會(huì)在加工時(shí)變硬，并且導(dǎo)熱性差。熱量集中在切削刃和刀面上。高溫、大切削力和切屑通道的高摩擦?xí)斐稍卵劳菽p和刀具失效。該材料的彈性模量較低，這在一些植入應(yīng)用中頗具好處，但在加工時(shí)材料會(huì)從切削刃上彈回，因此要求密切留意刀具的鋒利度。

　　冷卻液要求

　　骨科植入物加工中所用的材料通常會(huì)產(chǎn)生過多的熱量，因此需要使用冷卻液。然而，通常對(duì)傳統(tǒng)冷卻液的使用有著極其嚴(yán)格的限制，以防止污染骨科配件。并且在加工后，傳統(tǒng)冷卻液需要進(jìn)行清洗，這個(gè)過程耗時(shí)且成本昂貴

　　。此外，在員工身體健康、安全和處理政策方面，冷卻液本身也會(huì)造成環(huán)境問題。另一種冷卻技術(shù)是采用超臨界二氧化碳 (scCo2) 的干式切削技術(shù)。這種超臨界 scCo2 作為一種介質(zhì)，把干燥的強(qiáng)效潤(rùn)滑劑輸送至切削區(qū)。

　　隨著融合冷卻系統(tǒng)的誕生，可以在不使用油、乳液或合成液的情況下加工零件。