如今,几乎所有主要的医疗植入物原始设备制造商都在积极地探寻陶瓷材料制造各种普通植入物的可行性。
新加工方式助降本
与金属和塑料聚合物相比,陶瓷材料具有超高的强度、耐磨性、光滑度及生物兼容性。但同时也欠缺一种很重要的品质,即可加工性,难以用传统方法进行加工,不过却可以借助激光束来弥补这一缺憾。
一家刀具企业的技术总工告诉记者,目前市面上已经有几种精心挑选的陶瓷植入物投入生产。不过,它们大多采用磨床制造而成。而金刚石砂轮在接近轮廓、型强及加工其他的复杂工件形状方面能力有限,因此它们的形状十分简单。另外,由于磨削加工速度慢,导致制造成本很高,使得植入物极其昂贵。鉴于此,与价格实惠的金属植入物相比,只有为数不多的患者选用陶瓷植入物。实际上,现在市面上绝大多数植入物均由钛合金、钴铬合金或不锈钢制成,而最常用的植入物用于置换膝盖、臀关节、股骨及胫骨假体等。
由于金属植入物的平均使用寿命取决于具体应用。因此植入物接受人的活动越频繁,植入物磨损就越快。一般而言,这类植入物的使用寿命为10年左右,而对于活动较少的人来说,植入物寿命可能长达25年。这意味着对于接受金属植入物的年轻人,最初的植入物很可能需要在其一生之中额外更换一两次。不能不提的是,膝盖和髋部置换这类骨科手术的康复过程十分痛苦且漫长。而陶瓷植入物相比于金属材质而言,大大延长了其寿命,平均寿命可达75年,基本相当于一个人的寿命,这意味着,植入物接受人只需经历一次手术和一个恢复期。此外,不会像金属植入物一样因为磨损而在体内产生颗粒异物。
但正如前面所说,由于其难加工性,陶瓷植入物的费用颇为不菲。因此,只有可以经济高效地加工陶瓷材料,从而使其便于购买且价格合理时,陶瓷植入物的优势才能变为现实。
这种经济的陶瓷加工工艺的关键在于专门设计的刀片,以及大胆采用多功能机床上安装的激光。该机床能将激光束精确定位在刀片前方,以塑化工件材料,使其易于切割。其中CBN刀具在多种陶瓷应用中展示了非凡的潜力。此外还测试采用超硬硬质合金刀具来加工陶瓷。实际上,到目前为止,激光辅助加工技术已使制造商能够成功地车削、铣削及螺纹加工氮化硅、锆及氧化铝等陶瓷材料。但最重要的是,该系统延长了刀具寿命,缩短了这些材料的加工时间,同时能够生产以前无法生产的工件。
有人预测,如果激光辅助加工技术仍以目前速度发展,如同20年前硬车削取代磨削一样,对陶瓷的切削加工将来很可能会取代金刚石砂轮磨削。尽管该方法仍处于初期阶段,但在降低医疗植入物和用于工业陶瓷零件的制造成本方面已卓有成效。