隨著(zhù)人類(lèi)壽命的普遍延長(cháng)，越來(lái)越多的老年人患有關(guān)節炎和骨質(zhì)疏松癥，這導致骨科置換器械的需求量不斷增長(cháng)。全球范圍內的體重增加和肥胖化趨勢使得人類(lèi)骨骼關(guān)節要承受更大的壓力。此外，大多數人的生活方式正在改變，從缺乏體育鍛煉到增加運動(dòng)參與度，進(jìn)一步增加了人們對身體部件置換件的需求。隨著(zhù)新興經(jīng)濟體的發(fā)展，越來(lái)越多的人可以承擔骨科醫療器械費用。據全球調研機構 Global Market Insights 預測，到 2024年，全球骨科器械市場(chǎng)的產(chǎn)值將會(huì )增長(cháng)到 500 億歐元(530 億美元)。

　　競爭推動(dòng)刀具開(kāi)發(fā)

　　在競爭激烈的骨科配件市場(chǎng)，五家主要供應商占據大約 85% 的市場(chǎng)份額，其他 200 多家公司競爭剩余的份額。鑒于這種激烈的競爭，設備制造商致力于尋求更快、更經(jīng)濟的零件加工方法。通過(guò)應用新型材料，植入物變得更堅固、更輕，并且能夠在人體內存續多達 25 年之久。此外，骨科器械是整個(gè)生活消費品市場(chǎng)走向個(gè)性化的一部分;醫療器械制造商都在想方設法定制自身的產(chǎn)品，從而適應患者對身體外觀(guān)和其他偏好的需求。產(chǎn)品多樣性已成為一項關(guān)鍵的競爭優(yōu)勢。因此，機床制造商追求研發(fā)能夠快速加工復雜輪廓零件的方案，而刀具制造商致力于開(kāi)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)節和膝關(guān)節置換零件、人造肘關(guān)節和踝關(guān)節、創(chuàng )傷康復器械、脊柱骨板以及各種康復用釘、桿和緊固件。關(guān)節重建器械約占 40% 以上的市場(chǎng)份額，其中大部分是髖關(guān)節和膝關(guān)節置換件。這些零件的關(guān)鍵要求是強度、可靠性、輕量化以及生物相容性。

　　加工挑戰

　　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。對于髖關(guān)節和膝關(guān)節植入物，最常見(jiàn)的工件材料是鈷鉻合金，但鈦合金的使用量也在增長(cháng)。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。鈷鉻合金堅硬耐磨，彈性大，且導熱性差。這種合金可能包含堅硬的、導致刀具嚴重磨損的磨蝕性成分，并會(huì )產(chǎn)生堅韌且連續的切屑，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固。會(huì )在加工時(shí)變硬，并且導熱性差。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會(huì )造成月牙洼磨損和刀具失效。該材料的彈性模量較低，這在一些植入應用中頗具好處，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(guò)多的熱量，因此需要使用冷卻液。然而，通常對傳統冷卻液的使用有著(zhù)極其嚴格的限制，以防止污染骨科配件。并且在加工后，傳統冷卻液需要進(jìn)行清洗，這個(gè)過(guò)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(wèn)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)，把干燥的強效潤滑劑輸送至切削區。

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