人体膝关节的精密加工

人体膝关节假体应用案例及加工要求

随着人们对膝关节的生物力学研究不断深入，膝关节假体设计理念不断更新，人工膝关节置换手术也日趋成熟，手术效果逐渐获得了临床的肯定。目前，人工全膝关节置换术被认为是治疗终末期或严重的膝关节炎最有效、最成功的手术之一。该手术对施术医生的操作水平有较高要求的同时，人工膝关节的质量好坏以及安装位置，对手术的效果有着很大的影响，直接关系到患者的健康。

在人工关节置换术中，假体的应用是一个不可或缺的环节。然而，在我国完成的近万例人工膝关节置换术中，大部分假体来自国外厂家，国产假体基本都是仿制品，技术含金量低，而价格却仍然偏高，可供选择的品种也不多，产品质量与国外厂家存在较大差距，所以，部分产品只能依赖国外进口。

那么是什么制约了我国人工关节的发展，使得国产假体与国外发达国家差距如此之大？众所周知，有些人工关节形状非常复杂，轮廓精度和表面光洁度要求极高，只有高精度的五轴万能磨床才能达到其要求，所以问题的关键在于人工关节是在五轴磨削中心上的加工的，五轴磨削中心的精度和效率直接影响了产品的质量与成本，只有正确的加工方法加上高精度的五轴磨床才能成就高品质的产品，而高品质的产品决定了患者的健康。

精密磨床实现精密加工

德克精密机床拥有超过50年的精密磨床制造经­­验，其独一无二的立式结构是工具磨削领域革命性的创新。众所周知，立式原理进行加工时，机床能够承受大多数的载荷，工件不再是悬臂状态，避免了重力作用下综合误差的产生，消除了悬伸长度带来的加工误差，使得工件在加工中的受力更合理。德克精密磨床S22P自带8工位砂轮库，可同时使用各种不同形状、尺寸、粒度和材质的砂轮，可满足不同种类规格、形状和材质的加工需求，一次装夹便可完成粗精加工要求，大大提高生产效率和产品精度。主轴电机是配有独立的水冷系统的高精密电主轴，直接对主轴电机进行恒温冷却，保护主轴，保证主轴的高寿命，机床能够在较高转速下衡扭矩输出，确保磨削任务的顺利完成。五轴光栅尺全闭环反馈系统，保证产品每个尺寸都精确无误。德克的工程师们在医疗器械领域有着非常丰富的加工经­验，下面以人工膝关节加工为例，将德克公司在医疗器械加工方面的宝贵经­验与大家分享。

人体膝关节加工工艺

人工膝关节的加工大致可分为以下几个步骤：

（1）CAD 3D建模 (STEP, IGES, etc.)：可以通过UG、Solidworks、Pro_E等3D软件建造人工膝关节的三维模型。

（2）CAD-CAM：将CAD 3D模型数据转化为机床所识别的运动轨迹，在机床内生成相应G代码。

（3）测量：将预成型毛坯和夹具装入机床，通过精准的在线自动测量系统，自动测出工件与夹具的位置。

（4）粗铣仿形轮廓：根据之前建立的3D模型，首先经­­过粗铣，为粗磨消除大部分余量；德克机床配备了五轴全闭环光栅尺反馈系统，最高直线轴分辨率可达到0.0001mm，旋转轴分辨率可达惊人的0.00005°，通过精准的五轴联动控制，精确保证铣削时各部位余量大小，确保整个轮廓余量均匀。

刀具规格：φ10mm-R2, 4刃R铣刀。

循环时间：约5min。

（5）粗/精磨轮廓达尺寸要求：通过砂轮库的配合，完成粗、精砂轮的在线更换，一次装夹便可同时完成粗、精磨加工，避免了重复装夹误差，更加准确的控制精磨余量。磨头独立冷却系统保证机床在长时间连续工作下温度恒定，避免了因温度变化引起的机械膨胀。大理石基座将磨削过程中机床的振动和热膨胀降至最低，最大限度的保证了产品精度和批量生产的一致性。

粗磨砂轮规格：φ125mm R5 粒度D181，

Ñ­环时间：约5min；

精磨砂轮规格：φ125mm R4 粒度D64，

循环时间：约20min。

经­过简单的几个步骤便将毛坯料变成了一个精致的人工膝关节，它将帮助一个生命重新站立起来，或许她永远不会知道人工膝关节是如何帮助她的双腿重获新生，但在健康的生命面前，这些已显得不再重要。