通過新型同步加工工藝實現功能集成的植入體 - ZykloMed
在聯邦教育與研究部（BMBF）資助的聯合項目中，INDEX、Paul Horn GmbH、Beutter Pr?zisions-Komponenten GmbH 和卡爾斯魯厄理工學院（KIT）wbk 生產工程研究所的參與合作伙伴展示了他們在醫療行業的專業技術。合作雙方利用新的現代制造工藝，解決了多功能和非圓形仿生設計植入物的經濟加工難題。重點是偏心車削、多邊形車削和旋轉銑削這三種制造工藝。
現代骨科、創傷科和牙科技術對醫療植入體的強度、生物相容性和仿生優化幾何形狀有著嚴格的要求。植入體的幾何形狀與骨骼和組織相適應。在這一過程中，植入體的功能表面被賦予了越來越復雜的設計，以方便植入體內，減少對患者的傷害。植入體的新設計增加了制造成本，因為其表面不再是圓形或方形。它們有更多的弧形表面和在極小空間內連續過渡的功能元件。特別是需要在不同機器上進行多個制造步驟，導致成本大幅上升。例如，精確裝夾工件的精確操作就是一個相當大的成本因素。因此，盡管功能集成度很高，但仍需要高效的工藝路線來實現經濟生產。
創新工藝
偏車削、多邊形車削和旋轉銑削這些創新的制造工藝都基于多個同步旋轉軸的相同運動學原理。雖然這一原理廣為人知，但將其應用于非圓形和曲線形狀的要求卻很高。同時，實際應用必須滿足醫療行業的高質量要求。
從機器和控制技術到工具設計，再到原型和批量生產，項目合作伙伴在整個過程和供應鏈中研究和開發了新的制造程序。根據已知的方法和相同的數學原理，對制造過程進行了模擬和設計，以確定對工具和機器的要求。測試分為實驗室條件下的等效測試以及實驗室和近似應用環境下的批量前測試。工程師們在開發和設計單個流程時，重點關注機器和工具技術。
在偏心車削中，旋轉的非圓形刀具在位置耦合作用下沿著旋轉的工件被引導。兩者的速度達到一定的比例。這樣就可以在一定范圍內在工件上再現非圓形狀。該工藝可高效生產偏心外輪廓。刀具的旋轉減少了切削刃的熱負荷，從而確保了刀具的使用壽命。該工藝還可以生產錐形輪廓。
多邊形車削是一種生產非圓形外輪廓和內輪廓的工藝，其形狀為下斜面。與旋轉偏心車削一樣，該工藝也可以在車床上加工非圓形輪廓。在加工過程中，工件和刀具的平行軸相互偏移一定的軸向距離，并在位置耦合作用下達到特定的速度比。軸向距離、工件與刀具的速度比以及刀片的切削直徑決定了輪廓的尺寸。用于多邊形車削的刀具系統可單獨適應待加工工件的輪廓。
旋轉銑削是生產骨螺釘螺紋的一種高效工藝。一個或兩個圓形銑刀與工件成一定角度。銑刀和工件的旋轉方向可以相同，也可以相反。工件與兩把銑刀的速度比取決于螺紋數和刀片數。通過動態改變螺紋輪廓，旋轉銑削也可首次用于經濟地生產真正可變螺距的螺紋。
接近批量生產的測試獲得成功
ZykloMed 項目的合作伙伴在接近批量生產的環境中成功進行了測試，從而向研究項目的目標--經濟地生產多功能和非圓形仿生設計的植入體--又邁進了一大步。工程師們證明，同步制造工藝能夠經濟地生產現代植入體。除了生產新的部件幾何形狀外，這些工藝還為現有植入體的經濟生產提供了優化潛力，并可能應用于醫療行業以外的領域。
客服1 