تطبيق تقنية MIM لصب حقن مسحوق معدن التيتانيوم في المنتجات الطبية

تطبيق MIM Metal Powder Injection Molding Technology في المنتجات الطبية

 

 

ملاقط جراحية طفيفة التوغل

الصين دولة ذات تعداد سكاني كبير ، وظاهرة الشيخوخة تزداد خطورة. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب السعي السابق للتنمية الاقتصادية في إلحاق أضرار جسيمة بالبيئة ، مما يجعل مشاكل صحة الناس تواجه تحديات ضخمة ويحفز الطلب على المنتجات الطبية في المجتمع بأسره.

 

كانت كيفية تحسين الجودة وتقليل تكلفة المنتجات الطبية موضوعًا بحثيًا للباحثين المحليين والأجانب. الطلب على المنتجات الطبية كبير ، كما أن هيكل العديد من المنتجات متطور للغاية ، لذلك هناك حاجة إلى تقنية تصنيع جديدة لتحل محل الإنتاج التقليدي.

 

صب حقن المعادن(MIM) هي تقنية جديدة للتشكيل القريب من الشبكة ، يمكنها إنتاج منتجات ذات أشكال معقدة على دفعات في فترة زمنية قصيرة. يمكنها تلبية متطلبات تصنيع المنتجات الطبية وتصبح طريقة تصنيع مثالية.

 

1 تقنية MIM

1.1 العملية التكنولوجية لتكنولوجيا MIM

MIM هي عملية تشكيل قريبة من الشبكة تطورت بسرعة في القرن العشرين. العملية العامة هي: مسحوق بالإضافة إلى مادة رابطة ← خلط ← قولبة بالحقن ← إزالة الشحوم ← تلبيد.

أولاً ، يتم خلط البوليمر والمسحوق لإنتاج التغذية بالسيولة الكافية والخلط المنتظم وتلبية متطلبات الحقن في ظل ظروف معينة. ثانيًا ، يتم اختيار درجة حرارة الحقن المناسبة وضغط الحقن وسرعة الحقن ومعلمات العملية الأخرى لتشكيل الحقن. بعد ذلك ، يتم إزالة المادة اللاصقة الموجودة في فراغ الحقن وتلبيدها لتشكيل رابطة معدنية للمسحوق. أخيرًا ، يتم الحصول على الأجزاء المؤهلة.

 

1.2 ميزات تقنية MIM

MIM هي تقنية جديدة للتشكيل القريب من الشبكة للأجزاء ، والتي تجمع بين تكنولوجيا تشكيل البلاستيك ، وكيمياء البوليمر ، وتكنولوجيا تعدين المساحيق ، والمواد المعدنية وغيرها من التخصصات. لها الخصائص التالية:

الأجزاء المكونة باستخدام تقنية MIM لا تتطلب معالجة متابعة أو أن هناك معالجة متابعة قليلة. مع معدل استخدام المواد المرتفع ، فهي تنتمي إلى تقنية تشكيل قريبة من الشبكة ويمكنها إنتاج أجزاء عالية الأداء ومعقدة.

② يمكن محاكاة عملية تعبئة العلف وتلبيد المنتجات بواسطة الكمبيوتر ، ويمكن تحسين العملية في مرحلة مبكرة [1-2] للحصول على أفضل مخطط تصميم.

③ أثناء عملية الحقن ، يكون ضغط كل نقطة في التجويف متساويًا ، وتكون الكثافة متساوية في كل مكان تحت فرضية الخلط المنتظم للتغذية ، لذلك لن يكون هناك تدرج كثافة ، مما يسهل تحقيق إنتاج على نطاق واسع .

 

2 تطبيق تقنية MIM في المنتجات الطبية

2.1 المنتجات الطبية المصنعة بواسطة تقنية MIM

تتطلب المنتجات الطبية بشكل عام قابلية استخدام جيدة وعمر خدمة طويل بما فيه الكفاية ، وتصميم مرن في تصميم الهيكل والشكل [3].

في أوائل الثمانينيات ، تم تطبيق تقنية MIM لأول مرة في المنتجات الطبية ، وأصبحت المنطقة الأسرع نموًا في سوق MIM.

يوضح الشكل 1 نسبة تقنية MIM في الصناعات المختلفة في أمريكا الشمالية في عام 2015 [4]. يمكن ملاحظة أن العلاج الطبي وطب الأسنان أصبحا مجالات التطبيق الرئيسية لـ MIM في أمريكا الشمالية.

في الوقت الحاضر ، معظم منتجات MIM الطبية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، والعلامات التجارية الرئيسية هي 316L و 17-4 PH ؛ هناك أيضًا سبائك التيتانيوم وسبائك المغنيسيوم والذهب والفضة والتنتالوم ، إلخ. [5].

 

2.1.1 قوس تقويم الأسنان

أقواس تقويم الأسنان التي تنتجها شركة Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd

تم استخدام تقنية MIM لأول مرة في العلاج الطبي لصنع بعض أجهزة تقويم الأسنان. هذه المنتجات الدقيقة صغيرة الحجم للغاية ولديها توافق مع الحياة ومقاومة للتآكل. المواد الرئيسية المستخدمة هي 316L الفولاذ المقاوم للصدأ. لا تزال الأقواس التقويمية هي المنتجات الرئيسية في صناعة MIM.

أنتجت شركة فورستادينت ، وهي شركة ألمانية ، شريحة تقويم أسنان بخطاف ثنائي الاتجاه بتقنية MIM. يمكن زيادة قوة الاستبقاء الميكانيكية بنسبة 30 بالمائة. يمكن أن يؤدي التلميع بعد التشكيل لمرة واحدة باستخدام MIM إلى تقليل الاحتكاك بين القوس والسلك المقوس بشكل كبير. تم تأكيد هذا المنتج من قبل BjornLudwig للعب دور إيجابي في جراحة تقويم الأسنان [6].

 

2.1.2 الأدوات الجراحية

 

الأدوات الجراحية التي تنتجها شركة Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd

الأدوات الجراحية مطلوبة لتكون ذات قوة عالية ، وانخفاض تلوث الدم والقدرة على تحقيق إجراءات التطهير العدوانية. يمكن أن تلبي مرونة تصميم تقنية MIM تطبيقات معظم الأدوات الجراحية. في الوقت نفسه ، تتمتع أيضًا بمزايا التكنولوجيا. يمكنها تصنيع منتجات معدنية متنوعة بتكلفة منخفضة. إنها تحل محل تكنولوجيا الإنتاج التقليدية بشكل تدريجي كطريقة التصنيع الرئيسية.

 

طورت شركة Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd. نوعًا من مخلب الفولاذ المقاوم للصدأ [7] باستخدام تقنية MIM ، وهو مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ PH 17-4 وبكثافة تزيد عن 7.5 جم / سم 3. يمكن استخدامه للإمساك بالأشياء في جسم الإنسان أثناء الجراحة وله وظيفة الملقط. تصميمه معقد للغاية ويتطلب دقة إنتاج عالية.

 

يمكن أن يصل التلبيد بعد التشكيل باستخدام تقنية MIM إلى مستوى تحمل عالٍ ، ولا يتطلب عددًا كبيرًا من عمليات المعالجة اللاحقة لتجنب إتلاف الشكل الخطي والهندسي للمخلب.

 

من الصعب إنتاج هذا النوع من مخلب الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل معقد عن طريق الصب أو التصنيع ، الأمر الذي يتطلب دورة إنتاج طويلة وتكلفة عالية. يمكن أن يؤدي استخدام تقنية MIM لتصنيعها إلى توفير 60 بالمائة من التكلفة.

 

تحتاج الأدوات الجراحية التي يمكن التخلص منها إلى تطوير عملية يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة. تستخدم شركة Smith Metal Products Co.، Ltd. تقنية MIM لإنتاج مجموعة عمود الدوران [8] ، والتي تُستخدم في نوع جديد من الأدوات الجراحية التي يمكن التخلص منها. التكلفة هي 1/4 إلى 1/5 فقط من تكلفة أداة آلة CNC السويسرية ، والكثافة 7.5 جم / سم 3 ، وتصل قوة الشد القصوى إلى 119 0 ميجا باسكال ، وقوة الخضوع 1090 ميجا باسكال ، والاستطالة 6.0 في المئة ، والصلابة القصوى هي 33 HRC.

 

تتم عملية تصنيع هذا المنتج على النحو التالي: أولاً ، يتم تشكيل جزأين بطول 178 مم بواسطة تقنية MIM ، ثم يتم لحام جزأين بالليزر ، ثم يتم تنفيذ المعالجة الآلية والمعالجة الحرارية اللاحقة. من أجل تلبية متطلبات التسامح الجيد ، يلزم أيضًا استخدام الطلقة والتخميل.

 

2.1.3 أجزاء زرع الركبة

أجزاء زراعة عظم الركبة التي تنتجها شركة Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd

إن تقدم تقنية MIM في مجال الزرع البشري بطيء نسبيًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن اعتماد المنتجات وقبولها يحتاجان إلى فترة طويلة.

 

في الوقت الحاضر ، يمكن استخدام تقنية MIM لإنتاج الأجزاء التي تحل محل العظام والمفاصل جزئيًا ، والمواد المعدنية المستخدمة هي سبائك Ti بشكل أساسي [9].

 

من حيث التوافق الحيوي ، Chen Liangjian et al. [10] أعدت التيتانيوم المسامي بمسامية 60 في المائة باستخدام تقنية MIM ، وأعدت كريات جيلاتينية مجهرية ذات تحرير مستمر باستخدام طريقة ربط متشابك بلمرة تكثيف محسنة وطليها على سطح التيتانيوم المسامي.

 

أظهرت النتائج أن الكرات المجهرية الجيلاتينية المطلية بالتيتانيوم المسامي ذات الإطلاق المستمر لا تحتوي على سمية خلوية ويمكن استخدامها كمواد جيدة للزراعة الطبية.

 

استخدمت شركة Canadian MaettaSciences Inc بنجاح Ti -6 Al -4 V لإنتاج أجزاء عينة من الركبة للزرع البشري [11]. يتحمل الزرع الضغط بشكل أساسي بعد دخول جسم الإنسان ولديه توافق حيوي جيد. بعد تشكيل MIM ، يتم تنفيذ الضغط المتساوي الساكن على الساخن ، متبوعًا بالتلوين والتلميع والأنودة للحصول على أداء أفضل للسطح ، وتقليل الاحتكاك مع جسم الإنسان ، وتحسين التوافق وعمر الخدمة.

 

2.1.4 أنبوب الصوت للمساعدة على السمع

أجزاء قذيفة المساعدة السمعية التي تنتجها Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd

أنبوب المساعدة على السمع من إنتاج شركة Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd

يمكن أيضًا استخدام تقنية MIM لإنتاج أجزاء من الأجهزة الطبية المختلفة.

 

تستخدم شركة Indo MIM تقنية MIM لإنتاج أنبوب صوت للمساعدة على السمع لشركة Phonak في ألمانيا [12] ، والذي له تأثير في تحسين معدل الصوت وتعزيز السمع.

 

يمكن الحصول على هذا النوع من أنابيب الصوت المساعدة على السمع ذات الشكل المعقد عن طريق التلبيد بعد تشكيل MIM. من أجل جعل سطح أنبوب الصوت أملسًا ، من الضروري فقط المرور بعملية السفع بالرمل بالخرز الزجاجي لاحقًا.

 

كثافة الأنبوب الصوتي أكبر من 7.65 جم / سم 3 ، ويمكن أن تصل مقاومة الشد القصوى إلى 480 ميجا باسكال ، وقوة الخضوع 150 ميجا باسكال ، والاستطالة 45 بالمائة ، وأقصى صلابة السطح 100 HRB. يمكن لتقنية MIM تقليل التكلفة بنسبة 20 بالمائة مقارنة بعملية الإنتاج التقليدية من قبل.

 

يمكن أيضًا استخدام تقنية MIM لإنتاج العديد من المنتجات في المجال الطبي ، بما في ذلك دعامة العلاج التداخلي ، والحماية من الإشعاع لحقنة سبائك التنغستن عالية الكثافة ، ومناور الجراحة المجهرية ، وأجزاء منظار المضخة الدقيقة ، وجهاز استنشاق الأدوية [13].

2.2 تطبيق تقنية MIM الجديدة على المنتجات الطبية

 

2.2.1 صب المعادن بالحقن الجزئي

قولبة المعادن بالحقن الجزئي ، μ MIM) هي تقنية تشكيل تم تطويرها بواسطة IFAM Research Institute في ألمانيا ، والتي تهدف إلى تطبيق تقنية MIM بشكل عضوي لإعداد الأجزاء ذات الأبعاد التي تصل إلى مستوى الميكرومتر.

 

بشكل عام ، يمكن استخدام μ MIM لإنتاج نوعين من المنتجات:

 

أجزاء بحجم ميكرومتر وكتلة عدة مليغرامات ؛

حجم مظهر الجزء مشابه لحجم جزء القولبة بالحقن التقليدي ، لكن حجم الهيكل المحلي يصل إلى مستوى الميكرومتر.

في السنوات الأخيرة ، أصبح قولبة الحقن الجزئي نقطة ساخنة للبحث في مجال قولبة الحقن. مع تطور الآلات الحديثة نحو التصغير ، فإن تطبيق قولبة الحقن الدقيق سيكون أكثر شمولاً [14].

في الوقت الحاضر ، مركز أبحاث كارلسروها يستخدم تقنية μ MIM بنجاح لإنتاج الأجزاء الدقيقة من الأجهزة الطبية [15] ، مثل مقياس الطيف ، لوحة المعايرة ، إلخ. وصل حجم هيكل المنتج إلى مستوى الميكرون ، و الحد الأدنى لسمك الجدار 50 ميكرومتر.

يوضح الشكل 2 استخدام IFAM في ألمانيا μ إن أداة التثبيت [16] التي تنتجها تقنية MIM للعملية الجراحية هي فقط بحجم رأس المطابقة.

 

2.2.2 صب حقن المعادن

قولبة حقن المعادن (Co MIM) ، التي نشأت في التسعينيات ، هي تقنية صب حقن مسحوق من نوع شطيرة.

هذه العملية هي حقن مادتين في وقت واحد أو على دفعات بخصائص مختلفة في قالب لصب حقن مركب. يمكنه الجمع بين المواد المعدنية والمواد ذات الخصائص المختلفة تمامًا في نفس الجزء.

يمكن الحصول على الهيكل الأساسي / الغلاف مع الوظيفة والشكل المعقد بهذه الطريقة ، والعمليات اللاحقة مثل الطلاء والمعالجة الحرارية وتجميع المنتجات غير مطلوبة. أخيرًا ، يمكن تحقيق عملية لإعداد مواد متدرجة وظيفيًا ، مما يقلل بشكل كبير من العملية ويقلل من التكلفة.

 

توفر تقنية Co MIM فكرة جديدة لتطوير وتصميم الأجزاء الوظيفية. لي ييمين وآخرون. [17] اقترحوا هيكلًا بيولوجيًا جديدًا للزرع باستخدام تقنية Co MIM ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الهياكل العظمية القشرية الكثيفة والهياكل العظمية الإسفنجية ذات المسام الخارجية والمسام الداخلية.

 

يساعد هذا الهيكل في انتقال إجهاد الواجهة بين عظم الغرسة وبنية العظام المحيطة. هناك العديد من الطبقات الخارجية ، ونسبة حجم المسامية لهيكل المسام هي 5 في المائة ~ 60 في المائة ، وأكبر مسام هو 400 ميكرومتر.

 

3 التوقعات

وفقًا لأبحاث السوق الحديثة التي أجرتها BCCresearch حول قولبة حقن المعادن والسيراميك ، ستزيد القيمة السوقية العالمية للأجزاء المصبوبة بالحقن من المعدن والسيراميك من 2.5 مليار دولار في عام 2022 إلى ما يقرب من 3.9 مليار دولار في عام 2028 ، بمتوسط ​​معدل نمو سنوي يبلغ 11.4 في المائة.

في الوقت نفسه ، مع انخفاض مبيعات السيارات ، ستدخل تقنية MIM بشكل أكبر في المجالات الطبية والفضائية والإلكترونية وغيرها من المجالات.

في الإصدار الجديد من خارطة طريق صناعة مسحوق المعادن الأوروبية ، أشارت الرابطة الأوروبية لعلم المعادن بالمسحوق إلى أن السوق الطبية جزء مهم للغاية من صناعة القولبة بالحقن [18].

مع التوسع المستمر في السوق ، سيكون تطبيق تقنية MIM في المجال الطبي أكثر تعمقًا ، وسيتم أيضًا تطوير العديد من المواد والعمليات الجديدة القائمة على تقنية MIM باستمرار.

رأس مشرط بالموجات فوق الصوتية

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co.، Ltd.هي الآن شركة تصنيع قوية تتمتع بخبرة غنية في إنتاج أنواع مختلفة من منتجات MIM للأجهزة الطبية. في المستقبل ، ستكرس أيضًا المزيد من الجهود لمنتجات دقيقة لصب حقن مسحوق المعادن في صناعة الأجهزة الطبية.

الكلمات الرئيسية: صب حقن مسحوق المعادن. منتجات طبية؛ صب المعادن الدقيقة. صب حقن المعادن. الأدوات الجراحية؛