Βελτιστοποίηση μετάλλων για την κατασκευή ιατρικών συσκευών
Η αύξηση των περιπτώσεων COVID-19 οδήγησε σε μεγαλύτερη ζήτηση για ιατρικό εξοπλισμό, ο οποίος με τη σειρά του έχει τονίσει τη σημασία της επιλογής υλικού για τους σχεδιαστές και τους κατασκευαστές ιατροτεχνολογικών προϊόντων. Είναι σημαντικό να επιλέγετε τα κατάλληλα υλικά για ιατρικά εξαρτήματα και εξοπλισμό για να διασφαλίσετε τη χρηστικότητα, την ποιότητα και τη συμμόρφωση με τα πρότυπα. Η επιλογή των σωστών υλικών μπορεί να προσφέρει τα πλεονεκτήματα της μέγιστης οικονομικής απόδοσης και αξιοπιστίας.
Μεταλλικά βιοϋλικά ή ιατρικά μέταλλα έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην παραγωγή χειρουργικών βοηθημάτων και εργαλείων, προσφέροντας ποικίλες επιλογές για να διαλέξετε. Η επιτυχής εξέλιξη υλικών όπως το κράμα κοβαλτίου-χρωμίου, ο ανοξείδωτος χάλυβας, το τιτάνιο και διάφορα κράματα, μαζί με την ευρεία χρήση τους στην οδοντιατρική και την ορθοπεδική, έχει καθιερώσει σταθερά τη σημασία των μεταλλικών ιατρικών υλικών στην κατασκευή ιατροτεχνολογικών προϊόντων.
Κατά το σχεδιασμό συσκευών για ιατρικούς σκοπούς και σκοπούς υγειονομικής περίθαλψης, είναι πολύ σημαντικό οι κατασκευαστές να είναι προσεκτικοί στην επιλογή των κατάλληλων πρώτων υλών. Εκτός από το ότι πληρούν τις απαραίτητες τεχνικές προδιαγραφές για την εφαρμογή, τα επιλεγμένα υλικά πρέπει επίσης να διασφαλίζουν την απουσία πιθανών κινδύνων όταν έρχονται σε επαφή με το ανθρώπινο σώμα ή τις διάφορες χημικές ουσίες που απαντώνται συνήθως σε κλινικά περιβάλλοντα. Πρέπει να ληφθούν προσεκτικά υπόψη τόσο οι λειτουργικές απαιτήσεις όσο και η συμβατότητα των υλικών με την προβλεπόμενη χρήση.
Στους τομείς της ιατρικής και της υγείας, πολλά καθαρά μέταλλα και κράματα μετάλλων έχουν αποδείξει την αξία τους. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τους δεκατρείς πιο συνηθισμένους τύπους μεταλλικών βιοϋλικών και μετάλλων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ιατροτεχνολογικών προϊόντων.
- 13 Τύποι μετάλλων για την κατασκευή ιατρικών εξαρτημάτων και συσκευών
Ας δούμε τους δεκατρείς πιο συνηθισμένους τύπους καθαρών μετάλλων και κραμάτων μετάλλων, τις εφαρμογές τους και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους στην κατασκευή ιατρικών και υγειονομικών συσκευών.
1. Ανοξείδωτο ατσάλι
Ανοξείδωτο ατσάλι είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα ιατρικών συσκευών λόγω της μη τοξικής, μη διαβρωτικής και ανθεκτικής φύσης του. Επιπλέον, μπορεί να γυαλιστεί σε ένα λεπτό φινίρισμα που μπορεί να καθαριστεί εύκολα. Καθώς ο ανοξείδωτος χάλυβας διατίθεται σε διαφορετικές παραλλαγές, καθεμία με μοναδικές μηχανικές και χημικές ιδιότητες, η επιλογή του κατάλληλου τύπου είναι ζωτικής σημασίας.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 και 316L είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι για ιατρικά εμφυτεύματα και τρυπήματα σώματος λόγω της εξαιρετικής αντοχής τους στη διάβρωση. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι απαραίτητο για την πρόληψη της διάβρωσης της κυκλοφορίας του αίματος, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε λοιμώξεις και δυνητικά θανατηφόρες συνέπειες. Επιπλέον, ο ανοξείδωτος χάλυβας περιέχει ποικιλίες χαμηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο, επομένως οι ασθενείς σπάνια υποφέρουν από αλλεργικές αντιδράσεις στο νικέλιο.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 440 χρησιμοποιείται συνήθως στην παραγωγή χειρουργικών εργαλείων. Ενώ μπορεί να προσφέρει χαμηλότερη αντοχή στη διάβρωση σε σύγκριση με το 316, η υψηλότερη περιεκτικότητά του σε άνθρακα το επιτρέπειθερμική επεξεργασία, με αποτέλεσμα τη δημιουργία τουαιχμηρές άκρες κατάλληλο για κοπτικά όργανα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας βρίσκει ευρεία χρήση στην ορθοπεδική, όπως στην αντικατάσταση των αρθρώσεων του ισχίου και στη σταθεροποίηση των σπασμένων οστών χρησιμοποιώντας βίδες και πλάκες. Επιπλέον, χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή ανθεκτικών και εύκολα καθαριζόμενων χειρουργικών εργαλείων όπως αιμοστατικά, τσιμπιδάκια, λαβίδες και άλλος εξοπλισμός που απαιτεί ανθεκτικότητα και στειρότητα.
Δεδομένου ότι ο ανοξείδωτος χάλυβας περιέχει σίδηρο, ο οποίος μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση με την πάροδο του χρόνου, υπάρχει κίνδυνος για τον περιβάλλοντα ιστό καθώς το εμφύτευμα αλλοιώνεται. Συγκριτικά, τα ιατρικά μέταλλα όπως το τιτάνιο ή το κοβάλτιο χρώμιο προσφέρουν μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, σημειώστε ότι αυτά τα εναλλακτικά μέταλλα μπορεί να είναι πιο δαπανηρά.
2. Χαλκός
Λόγω της σχετικά ασθενέστερης αντοχής του,χαλκός δεν χρησιμοποιείται εκτενώς για την παραγωγή χειρουργικού εξοπλισμού και εμφυτευμάτων. Ωστόσο, οι αξιοσημείωτες αντιβακτηριακές και αντιικές ιδιότητές του το καθιστούν μια διαδεδομένη επιλογή στον τομέα της χειρουργικής και της πρόληψης ασθενειών.
Η άμεση χρήση χαλκού για ιατρικά εμφυτεύματα είναι ασυνήθιστη λόγω της απαλότητας και της πιθανής τοξικότητάς του εντός του ιστού. Ωστόσο, ορισμένα κράματα χαλκού εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στα οδοντικά εμφυτεύματα και για τον μετριασμό των κινδύνων μόλυνσης σταχειρουργικές επεμβάσεις μεταμόσχευσης οστών.
Ο χαλκός πραγματικά υπερέχει ως ιατρικό μέταλλο λόγω των εξαιρετικών αντιιικών και αντιβακτηριακών ιδιοτήτων του. Αυτό καθιστά τον χαλκό ιδανικό υλικό για επιφάνειες που αγγίζονται συχνά, όπως λαβές θυρών, κάγκελα κρεβατιού και διακόπτες. Αυτό που ξεχωρίζει τον χαλκό είναι ότι τοFDAέχει εγκρίνει περισσότερα από 400 διαφορετικά κράματα χαλκού ως βιοκτόνα, αποτρέποντας αποτελεσματικά τη μετάδοση ιών όπως ο SARS-CoV-2.
Όταν εκτίθεται στο περιβάλλον, ο καθαρός χαλκός υφίσταται εύκολα οξείδωση, με αποτέλεσμα ένα πρασινωπό χρώμα. Παρόλα αυτά, διατηρεί τις αντιμικροβιακές του ιδιότητες. Ωστόσο, ορισμένα άτομα μπορεί να αντιληφθούν τον αποχρωματισμό ως μη ελκυστικό. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, συνήθως χρησιμοποιούνται κράματα, τα οποία προσφέρουν διαφορετικά επίπεδα αποτελεσματικότητας έναντι των μικροβίων. Μια άλλη επιλογή είναι η εφαρμογή επικαλύψεων λεπτής μεμβράνης για την πρόληψη της οξείδωσης διατηρώντας παράλληλα τις αντιβακτηριακές ιδιότητες του χαλκού.
3. Τιτάνιο
Τιτάνιο ευνοείται ιδιαίτερα μεταξύ των μετάλλων που χρησιμοποιούνται συνήθως στην παραγωγή ιατροτεχνολογικών προϊόντων. Εκτός από τον εσωτερικό ιατρικό εξοπλισμό, χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή εξωτερικών συσκευών όπως χειρουργικά εργαλεία, οδοντιατρικό εξοπλισμό και ορθοπεδικά εργαλεία. Το καθαρό τιτάνιο, γνωστό ότι είναι εξαιρετικά αδρανές, είναι η πιο δαπανηρή επιλογή που προορίζεται συχνά για εξαρτήματα εξαιρετικά υψηλής αξιοπιστίας ή εκείνα που προορίζονται για μακροχρόνια χρήση στο σώμα του ασθενούς μετά από χειρουργική επέμβαση.
Στις μέρες μας, το τιτάνιο χρησιμοποιείται συχνά ως υποκατάστατο του ανοξείδωτου χάλυβα, ιδιαίτερα στην παραγωγή οστικών στηρίξεων και υποκατάστατων. Το τιτάνιο έχει συγκρίσιμη αντοχή και ανθεκτικότητα με τον ανοξείδωτο χάλυβα, ενώ είναι ελαφρύτερο σε βάρος. Επιπλέον, παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες βιοσυμβατότητας.
Τα κράματα τιτανίου είναι ιδιαίτερα κατάλληλα και για οδοντικά εμφυτεύματα. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι το τιτάνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σεμεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή πλήρως προσαρμοσμένων εξαρτημάτων με βάση τις σαρώσεις και τις ακτινογραφίες ενός ασθενούς. Αυτό επιτρέπει μια άψογη εφαρμογή και εξατομικευμένη λύση.
Το τιτάνιο ξεχωρίζει για την ελαφριά και στιβαρή φύση του, ξεπερνώντας τον ανοξείδωτο χάλυβα όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Τα κράματα τιτανίου ενδέχεται να παρουσιάζουν ανεπαρκή αντοχή στην κόπωση από κάμψη υπό συνεχή δυναμικά φορτία. Επιπλέον, όταν χρησιμοποιείται σε ανταλλακτικές αρθρώσεις, το τιτάνιο δεν είναι τόσο ανθεκτικό στην τριβή και τη φθορά.
4. Κοβαλτοχρώμιο
Αποτελείται από χρώμιο και κοβάλτιο,κοβάλτιο χρώμιο είναι ένα κράμα που προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα για χειρουργικά εργαλεία. Η καταλληλότητά του γιατρισδιάστατη εκτύπωσηκαιCNC μηχανική κατεργασία επιτρέπει την εύκολη διαμόρφωση των επιθυμητών μορφών. Επί πλέον,ηλεκτρογυάλισμα υλοποιείται για να εξασφαλίσει λεία επιφάνεια, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο μόλυνσης. Με εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως αντοχή, αντοχή στη φθορά και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, το κοβάλτιο χρώμιο είναι μεταξύ των κορυφαίων επιλογών για κράματα μετάλλων. Η βιοσυμβατότητά του το καθιστά ιδανικό για ορθοπεδικές προσθετικές, αντικαταστάσεις αρθρώσεων και οδοντικά εμφυτεύματα.
Τα κράματα χρωμίου κοβαλτίου είναι εξαιρετικά ιατρικά μέταλλα που χρησιμοποιούνται για αντικαταστάσεις υποδοχών ισχίου και ώμου. Ωστόσο, υπήρξαν ανησυχίες σχετικά με την πιθανή απελευθέρωση ιόντων κοβαλτίου, χρωμίου και νικελίου στην κυκλοφορία του αίματος καθώς αυτά τα κράματα φθείρονται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου.
5. Αλουμίνιο
Σπάνια σε άμεση επαφή με το σώμα,αλουμίνιο εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή διαφόρων υποστηρικτικών εξοπλισμών που απαιτούν ελαφριές, στιβαρές και ανθεκτικές στη διάβρωση ιδιότητες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ενδοφλέβια στεντ, μπαστούνια περιπάτου, πλαίσια κρεβατιού, αναπηρικά καροτσάκια και ορθοπεδικά στεντ. Λόγω της τάσης του να σκουριάζει ή να οξειδώνεται, τα εξαρτήματα αλουμινίου απαιτούν συνήθως διαδικασίες βαφής ή ανοδίωσης για να ενισχυθεί η αντοχή και η διάρκεια ζωής τους.
6. Μαγνήσιο
Τα κράματα μαγνησίου είναι ιατρικά μέταλλα γνωστά για την εξαιρετική ελαφρότητα και αντοχή τους, που μοιάζουν με το βάρος και την πυκνότητα του φυσικού οστού. Επιπλέον, το μαγνήσιο επιδεικνύει βιοασφάλεια καθώς βιοδιασπάται φυσικά και με ασφάλεια με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά κατάλληλο για προσωρινά στεντ ή αντικαταστάσεις οστικών μοσχευμάτων, εξαλείφοντας την ανάγκη για δευτερογενείς διαδικασίες αφαίρεσης.
Ωστόσο, το μαγνήσιο οξειδώνεται γρήγορα, καθιστώντας απαραίτητοεπιφανειακή επεξεργασία . Επιπλέον, η κατεργασία του μαγνησίου μπορεί να είναι δύσκολη και πρέπει να λαμβάνονται προφυλάξεις για την αποφυγή πιθανών πτητικών αντιδράσεων με το οξυγόνο.
7. Χρυσός
Ο χρυσός, πιθανώς ένα από τα πρώτα ιατρικά μέταλλα που χρησιμοποιήθηκαν, διαθέτει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και βιοσυμβατότητα. Η ελαστικότητά του επιτρέπει την εύκολη διαμόρφωση, καθιστώντας το μια δημοφιλή επιλογή στο παρελθόν για διάφορες οδοντικές επισκευές. Ωστόσο, αυτή η πρακτική έχει γίνει λιγότερο διαδεδομένη, με τον χρυσό να αντικαθίσταται πλέον απόσυνθετικά υλικάσε πολλές περιπτώσεις.
Ενώ ο χρυσός έχει ορισμένες βιοκτόνες ιδιότητες, αξίζει να σημειωθεί ότι το κόστος και η σπανιότητά του περιορίζουν τη χρήση του. Συνήθως, ο χρυσός χρησιμοποιείται σε πολύ λεπτές επιμεταλλώσεις και όχι ως συμπαγής χρυσός. Οι επιχρύσωση βρίσκονται συνήθως σε αγωγούς, σύρματα και άλλα μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε εμφυτεύματα ηλεκτροδιέγερσης καιΑισθητήρες.
8. Πλατινένιο
Η πλατίνα, ένα άλλο βαθιά σταθερό και αδρανές μέταλλο, θεωρείται εξαιρετική επιλογή για χειρουργικές συσκευές και εξοπλισμό λόγω της βιοσυμβατότητας και της εξαιρετικής αγωγιμότητας του. Τα ευαίσθητα καλώδια πλατίνας βρίσκουν εκτεταμένη χρήση σε εσωτερικά ηλεκτρονικά εμφυτεύματα όπως ακουστικά βαρηκοΐας και βηματοδότες. Επιπλέον, η πλατίνα βρίσκει τις εφαρμογές της που σχετίζονται με νευρολογικές διαταραχές και την παρακολούθηση των εγκεφαλικών κυμάτων.
9. Ασημί
Παρόμοια με τον χαλκό, το ασήμι έχει εγγενείς αντιμικροβιακές ιδιότητες, καθιστώντας το πολύτιμο σε διάφορες εφαρμογές. Βρίσκει χρησιμότητα σε στεντ, και μη φέροντα εμφυτεύματα, ενώ ενσωματώνεται ακόμη και σε τσιμεντοειδείς ενώσεις που χρησιμοποιούνται για σοβατίσματα οστών. Επιπλέον, το ασήμι είναι κράμα με ψευδάργυρο ή χαλκό για την παραγωγή οδοντικών σφραγισμάτων.
10. Ταντάλιο
Το ταντάλιο παρουσιάζει αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά όπως υψηλή αντοχή στη θερμότητα, εξαιρετική εργασιμότητα, αντοχή σε οξέα και διάβρωση, καθώς και συνδυασμό ολκιμότητας και αντοχής. Ως εξαιρετικά πορώδες πυρίμαχο μέταλλο, διευκολύνει την ανάπτυξη και την ενσωμάτωση των οστών, καθιστώντας το κατάλληλο για εμφυτεύματα παρουσία οστού.
Το ταντάλιο βρίσκει εφαρμογή σε διάφορα ιατρικά εργαλεία και διαγνωστικές ταινίες σήμανσης λόγω της ανοσίας του στα σωματικά υγρά και της αντοχής του στη διάβρωση. Η έλευση τουτρισδιάστατη εκτύπωσηεπέτρεψε τη χρήση του ταντάλιου σε αντικαταστάσεις κρανιακών οστών και οδοντιατρικές συσκευές όπως στεφάνες ήβίδα αναρτήσεις. Ωστόσο, λόγω της σπανιότητας και του κόστους του, το ταντάλιο χρησιμοποιείται συχνά σε σύνθετα υλικά παρά στην καθαρή του μορφή.
11. Nitinol
Το Nitinol είναι ένα κράμα που αποτελείται από νικέλιο και τιτάνιο, γνωστό για την εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και τη βιοσυμβατότητά του. Η μοναδική κρυσταλλική του δομή του επιτρέπει να επιδεικνύει υπερελαστικότητα και διαμορφωμένο αποτέλεσμα μνήμης. Αυτές οι ιδιότητες έχουν φέρει επανάσταση στη βιομηχανία ιατροτεχνολογικών προϊόντων επιτρέποντας στο υλικό να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα μετά την παραμόρφωση, με βάση μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Σε ιατρικές διαδικασίες όπου η ακρίβεια είναι ζωτικής σημασίας, η νιτινόλη προσφέρει ευελιξία στην πλοήγηση σε στενούς χώρους διατηρώντας παράλληλα ανθεκτικότητα για να αντέχει σε σημαντική καταπόνηση (έως 8%). Η ελαφριά φύση του και η εξαιρετική του απόδοση το καθιστούν ιδανική επιλογή για την κατασκευή διαφόρων βιοϊατρικών εφαρμογών. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ορθοδοντικά σύρματα, άγκυρες οστών, συνδετήρες, συσκευές διαχωρισμού, εργαλεία καρδιακής βαλβίδας, οδηγούς σύρματα και στεντ. Το Nitinol μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία δεικτών και διαγνωστικών γραμμών για τον εντοπισμό όγκων του μαστού, προσφέροντας λιγότερο επεμβατικές επιλογές για τη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού.
12. Νιόβιο
Το νιόβιο, ένα πυρίμαχο ειδικό μέταλλο, βρίσκει εφαρμογή στον σύγχρονο ιατρικό εξοπλισμό. Αναγνωρίζεται για την εξαιρετική του αδράνεια και βιοσυμβατότητα. Εκτός από τα πολύτιμα χαρακτηριστικά του, όπως η υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, το νιόβιο χρησιμοποιείται συχνά στην παραγωγή μικρών εξαρτημάτων για βηματοδότες.
13. Βολφράμιο
Το βολφράμιο χρησιμοποιείται συνήθως στον ιατρικό εξοπλισμό, ιδιαίτερα στην παραγωγή σωλήνων για ελάχιστα επεμβατικές διαδικασίες όπως η λαπαροσκόπηση και η ενδοσκόπηση. Προσφέρει μηχανική αντοχή και μπορεί επίσης να καλύψει την ανάγκη για ακτινοδιαπερατότητα, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές επιθεώρησης φθορισμού. Επιπλέον, η πυκνότητα του βολφραμίου ξεπερνά αυτή του μολύβδου, καθιστώντας το μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση για υλικά θωράκισης από την ακτινοβολία.
Διαθέσιμα βιοσυμβατά υλικά για ιατρικές συσκευές
Όταν πρόκειται για βιοσυμβατά υλικά που χρησιμοποιούνται σε χώρους υγειονομικής περίθαλψης, πρέπει να συμμορφώνονται με συγκεκριμένα κριτήρια που ενδέχεται να μην ισχύουν για άλλα προϊόντα.
Για παράδειγμα, πρέπει να είναι μη τοξικά όταν έρχονται σε επαφή με ανθρώπινο ιστό ή σωματικά υγρά. Επιπλέον, θα πρέπει να διαθέτουν αντοχή σε χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για την αποστείρωση, όπως καθαριστικά και απολυμαντικά. Στην περίπτωση ιατρικών μετάλλων που χρησιμοποιούνται για εμφυτεύματα, πρέπει να είναι μη τοξικά, μη διαβρωτικά και μη μαγνητικά. Η έρευνα διερευνά συνεχώς νέα κράματα μετάλλων, καθώς και άλλα υλικά όπωςπλαστική ύληκαικεραμικός , να αξιολογήσει την καταλληλότητά τους ως βιοσυμβατά υλικά. Επιπλέον, ορισμένα υλικά μπορεί να είναι ασφαλή για βραχυπρόθεσμη επαφή, αλλά δεν είναι κατάλληλα για μόνιμα εμφυτεύματα.
Λόγω των πολυάριθμων μεταβλητών που εμπλέκονται, ρυθμιστικοί φορείς όπως ο FDA στις Ηνωμένες Πολιτείες, μαζί με άλλους παγκόσμιους οργανισμούς, δεν πιστοποιούν τις πρώτες ύλες για ιατρικές συσκευές αυτές καθαυτές. Αντίθετα, η ταξινόμηση αποδίδεται στο τελικό προϊόν και όχι στο συστατικό υλικό του. Ωστόσο, η επιλογή ενός βιοσυμβατού υλικού παραμένει το αρχικό και κρίσιμο βήμα προς την επίτευξη της επιθυμητής ταξινόμησης.
Γιατί είναι τα μέταλλα το προτιμώμενο υλικό για τα εξαρτήματα ιατρικών συσκευών;
Σε περιπτώσεις όπου απαιτείται εξαιρετική αντοχή και ακαμψία, τα μέταλλα, ιδιαίτερα σε μικρές διατομές, είναι συχνά η προτιμώμενη επιλογή. Είναι κατάλληλα για εξαρτήματα που πρέπει να διαμορφωθούν ή να επεξεργαστούν σε περίπλοκες μορφές, όπως π.χ.ανιχνευτές , λεπίδες και σημεία. Επιπλέον, τα μέταλλα υπερέχουν σε μηχανικά μέρη που αλληλεπιδρούν με άλλα μεταλλικά στοιχεία όπως μοχλούς,γρανάζια , διαφάνειες και εναύσματα. Είναι επίσης κατάλληλα για εξαρτήματα που υφίστανται αποστείρωση υψηλής θερμότητας ή απαιτούν ανώτερες μηχανικές και φυσικές ιδιότητες σε σύγκριση με υλικά με βάση πολυμερή.
Τα μέταλλα συνήθως προσφέρουν μια ανθεκτική και γυαλιστερή επιφάνεια που διευκολύνει τον εύκολο καθαρισμό και την αποστείρωση. Το τιτάνιο, τα κράματα τιτανίου, ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα νικελίου ευνοούνται ιδιαίτερα στον ιατρικό εξοπλισμό λόγω της ικανότητάς τους να πληρούν αυστηρές απαιτήσεις καθαρισμού σε εφαρμογές υγειονομικής περίθαλψης. Αντίθετα, μέταλλα επιρρεπή σε ανεξέλεγκτη και καταστροφική οξείδωση της επιφάνειας, όπως ο χάλυβας, το αλουμίνιο ή ο χαλκός, εξαιρούνται από τέτοιες εφαρμογές. Αυτά τα μέταλλα υψηλής απόδοσης διαθέτουν μοναδικές ιδιότητες, ορισμένους περιορισμούς και εξαιρετική ευελιξία. Η εργασία με αυτά τα υλικά απαιτεί καινοτόμες προσεγγίσεις σχεδιασμού, οι οποίες μπορεί να διαφέρουν από εκείνες που χρησιμοποιούνται συνήθως για τα τυπικά μέταλλα ή πλαστικά, προσφέροντας πολλές δυνατότητες στους μηχανικούς προϊόντων.
Προτιμώμενες μορφές ορισμένων μετάλλων που χρησιμοποιούνται για ιατρικές συσκευές
Υπάρχουν διάφορες μορφές κραμάτων τιτανίου, ανοξείδωτου χάλυβα και σκληρυνόμενων κραμάτων που χρησιμοποιούνται συνήθως στην ιατρική βιομηχανία, όπως πλάκα, ράβδος, φύλλο, λωρίδα, φύλλο, ράβδος και σύρμα. Αυτές οι διαφορετικές μορφές είναι απαραίτητες για την κάλυψη των ειδικών απαιτήσεων των εξαρτημάτων ιατροτεχνολογικών προϊόντων, τα οποία είναι συχνά μικρά και πολύπλοκα στη φύση τους.
Για την κατασκευή αυτών των σχημάτων, αυτόματαπρέσες σφράγισης συνήθως χρησιμοποιούνται. Οι ταινίες και το σύρμα είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες πρώτες ύλες για αυτόν τον τύπο επεξεργασίας. Αυτές οι μορφές μύλου διατίθενται σε διάφορα μεγέθη, με πάχος λωρίδας που κυμαίνεται από εξαιρετικά λεπτό φύλλο από 0,001 έως 0,125 ίντσες, και επίπεδο σύρμα διαθέσιμο σε πάχη από 0,010 ίντσες έως 0,100 ίντσες και πλάτη από 0,150 ίντσες έως 0,750 ίντσες .
Θεωρήσεις για τη χρήση μετάλλων στην κατασκευή ιατρικών συσκευών
Σε αυτόν τον τομέα, θα εξετάσουμε τέσσερις κύριους παράγοντες κατά τη χρήση μετάλλων για την κατασκευή ιατροτεχνολογικών προϊόντων, που είναι η μηχανική κατεργασία, η μορφοποίηση, ο έλεγχος σκληρότητας καιφινίρισμα επιφάνειας.
1. Μηχανική κατεργασία
Οι ιδιότητες μηχανικής κατεργασίας του κράματος 6-4 μοιάζουν πολύ με αυτές των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων, με αμφότερα τα υλικά να αξιολογούν περίπου το 22% του χάλυβα AISI B-1112. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι το τιτάνιο αντιδρά με εργαλεία καρβιδίου και αυτή η αντίδραση εντείνεται από τη θερμότητα. Επομένως, συνιστάται η χρήση βαριάς πλημμύρας με υγρό κοπής κατά την κατεργασία τιτανίου.
Είναι σημαντικό να αποφεύγετε τη χρήση υγρών που περιέχουν αλογόνο, καθώς ενδέχεται να προκαλέσουν διάβρωση λόγω καταπόνησης εάν δεν αφαιρεθούν σχολαστικά μετά τις εργασίες κατεργασίας.
2. Σχηματισιμότητα
Τα stamper προτιμούν συνήθως υλικά που είναι εύκολα έως ψυχρά. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι η μορφοποίηση σχετίζεται αντιστρόφως με τις συγκεκριμένες ιδιότητες που αναζητούν οι αγοραστές κατά την επιλογή αυτών των κραμάτων, όπως η εξαιρετική σκληρότητα και αντοχή.
Για παράδειγμα, οι χειρουργικοί συνδετήρες πρέπει να διαθέτουν μέγιστη αντοχή για να αποφευχθεί ο διαχωρισμός, ακόμη και με πολύ λεπτή διατομή. Ταυτόχρονα, πρέπει να είναι εξαιρετικά διαμορφώσιμα για να επιτρέπουν στους χειρουργούς να τα κλείνουν ερμητικά χωρίς να απαιτούνται επεμβατικά βασικά εργαλεία.
Η επίτευξη ισορροπίας μεταξύ αντοχής και μορφοποίησης μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια του σταδίου επανατύλιξης. Τυλίγοντας προσεκτικά τη λωρίδα στο επιθυμητό μετρητή και χρησιμοποιώντας ανόπτηση μεταξύ των περασμάτων για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων της σκλήρυνσης εργασίας, επιτυγχάνεται ένα βέλτιστο επίπεδο μορφοποίησης.
Τα rerollers χρησιμοποιούν μια διαδικασία εναλλασσόμενης θερμικής επεξεργασίας καιψυχρή έλασηγια την παροχή ενός διαμορφώσιμου υλικού που είναι κατάλληλο για διαμόρφωση, σχεδίαση και διάτρηση με χρήση συμβατικού εξοπλισμού σφράγισης πολλαπλών διαφανειών και πολλαπλών καλουπιών.
Ενώ η ολκιμότητα του τιτανίου και των κραμάτων του μπορεί να είναι χαμηλότερη από αυτή άλλων κοινώς χρησιμοποιούμενων δομικών μετάλλων, τα προϊόντα λωρίδων μπορούν ακόμα να σχηματιστούν εύκολα σε θερμοκρασία δωματίου, αν και με πιο αργό ρυθμό από τον ανοξείδωτο χάλυβα.
Μετά την ψυχρή διαμόρφωση, το τιτάνιο εμφανίζει πίσω ελατήριο λόγω του χαμηλού συντελεστή ελαστικότητάς του, που είναι περίπου το μισό από αυτόν του χάλυβα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο βαθμός πίσω ελατηρίου αυξάνεται με την αντοχή του μετάλλου.
Όταν οι προσπάθειες σε θερμοκρασία δωματίου δεν επαρκούν, οι εργασίες διαμόρφωσης μπορούν να πραγματοποιηθούν σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς η ολκιμότητα του τιτανίου αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Γενικά, οι μη κραματοποιημένες λωρίδες και φύλλα τιτανίου είναι ψυχρής διαμόρφωσης.
Ωστόσο, υπάρχει μια εξαίρεση γιακράματα άλφα , τα οποία κατά καιρούς θερμαίνονται σε θερμοκρασίες μεταξύ 600°F και 1200°F για να αποτραπεί η επιστροφή του ελατηρίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι πέρα από τους 1100°F, η οξείδωση των επιφανειών τιτανίου γίνεται ανησυχητικό, επομένως μπορεί να χρειαστεί μια εργασία αφαλάτωσης.
Δεδομένου ότι η ιδιότητα ψυχρής συγκόλλησης του τιτανίου είναι υψηλότερη από εκείνη του ανοξείδωτου χάλυβα, η σωστή λίπανση είναι ζωτικής σημασίας όταν εκτελείτε οποιαδήποτε εργασία που περιλαμβάνει τιτάνιο που έρχεται σε επαφή μεπεθαίνει μέταλλοή εξοπλισμό διαμόρφωσης.
3. Έλεγχος σκληρότητας
Χρησιμοποιώντας μια διαδικασία έλασης και ανόπτησης για την επίτευξη ισορροπίας μεταξύ μορφοποίησης και αντοχής στα κράματα. Με την ανόπτηση μεταξύ κάθε περασμάτων κύλισης, εξαλείφονται τα αποτελέσματα της σκλήρυνσης της εργασίας, με αποτέλεσμα την επιθυμητή ιδιοσυγκρασία που διατηρεί την αντοχή του υλικού ενώ παρέχει την απαραίτητη μορφοποίηση.
Για την τήρηση αυστηρών προδιαγραφών και την ελαχιστοποίηση του κόστους, οι ειδικοί στοΟΜΙΛΟΣ HUAYI μπορεί να βοηθήσει στην επιλογή κράματος και να προσφέρει ολοκληρωμένες λύσεις στην ιατρική κατεργασία μετάλλων σας. Αυτό διασφαλίζει ότι τα κράματα διαθέτουν τον επιθυμητό συνδυασμό ιδιοτήτων, ευθυγραμμισμένο με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις και περιορισμούς.
4. Φινίρισμα επιφάνειας
Κατά τη διάρκεια του σταδίου επανατυλίγματος, προσδιορίζεται το φινίρισμα της επιφάνειας των προϊόντων λωρίδων με βάση το τιτάνιο και από ανοξείδωτο χάλυβα. Οι σχεδιαστές έχουν μια ποικιλία επιλογών για να διαλέξουν, όπως ένα φωτεινό και ανακλαστικό φινίρισμα, μια ματ επιφάνεια που διευκολύνει τη μεταφορά λίπανσης ή άλλες εξειδικευμένες επιφάνειες απαραίτητες για συγκόλληση, συγκόλληση ή συγκόλληση.
Τα φινιρίσματα επιφανειών δημιουργούνται από την επαφή μεταξύ των κυλίνδρων εργασίας και του υλικού στο ελασματουργείο. Για παράδειγμα, η χρήση εξαιρετικά γυαλισμένων κυλίνδρων καρβιδίου έχει ως αποτέλεσμα ένα λαμπερό και ανακλαστικό φινίρισμα με καθρέφτη, ενώ οι κυλινδρικοί κύλινδροι χάλυβα παράγουν ματ φινίρισμα με τραχύτητα 20-40 μin. RMS. Οι κυλινδρικοί κύλινδροι καρβιδίου παρέχουν θαμπό φινίρισμα με 18-20 μin. RMS τραχύτητα.
Αυτή η διαδικασία είναι ικανή να παράγει μια επιφάνεια με τραχύτητα έως και 60 μin. RMS, το οποίο αντιπροσωπεύει ένα σχετικά υψηλό επίπεδοσκληρότητα επιφάνειας.
Μέταλλα και κράματα που χρησιμοποιούνται συνήθως για ιατρικές εφαρμογές
Ο ανοξείδωτος χάλυβας, το τιτάνιο και τα κράματα με βάση το νικέλιο θεωρούνται πιο προηγμένα υλικά σε σύγκριση με τα συμβατικά. Ωστόσο, φέρνουν επίσης ένα ευρύτερο φάσμα δυνατοτήτων στο τραπέζι. Αυτά τα υλικά έχουν την ικανότητα να τροποποιούν τα μηχανικά τους χαρακτηριστικά μέσω διεργασιών όπως η θέρμανση, η ψύξη και η απόσβεση. Επιπλέον, κατά την επεξεργασία, μπορούν να υποστούν περαιτέρω τροποποιήσεις όπως απαιτείται. Για παράδειγμα, η κύλιση μετάλλων σε λεπτότερους μετρητές μπορεί να αυξήσει τη σκληρότητά τους, ενώ η ανόπτηση μπορεί να αποκαταστήσει τις ιδιότητές τους σε μια ακριβή κατάσταση, επιτρέποντας την οικονομική διαμόρφωση.
Αυτά τα μέταλλα έχουν καλή απόδοσηιατρικές εφαρμογές . Παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, διαθέτουν υψηλές μηχανικές δυνατότητες, προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα επιλογών επεξεργασίας επιφάνειας και παρέχουν εξαιρετική ευελιξία στην παραγωγή μόλις οι σχεδιαστές εξοικειωθούν με την πολυπλοκότητά τους.
συμπέρασμα
Κατά την κατασκευή ιατρικού εξοπλισμού, είναι σημαντικό να επιλέγετε προσεκτικά τα κατάλληλα μέταλλα. Τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως για το σκοπό αυτό περιλαμβάνουν τον ανοξείδωτο χάλυβα, το τιτάνιο, το κοβάλτιο χρώμιο, τον χαλκό, το ταντάλιο και την πλατίνα. Αυτά τα μέταλλα προτιμώνται λόγω της εξαιρετικής βιοσυμβατότητας και αντοχής τους. Αν και το παλλάδιο κερδίζει επίσης αναγνώριση, η χρήση του είναι σχετικά περιορισμένη λόγω του υψηλότερου κόστους του. Ελπίζουμε ότι αυτός ο οδηγός θα σας βοηθήσει να βρείτε το κατάλληλο μέταλλο που ικανοποιεί τα ιατρικά έργα ή τις εφαρμογές σας.