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摘要 幾乎所有主要的醫(yī)療植入物原始設(shè)備制造商都在積極地探尋陶瓷材料制造各種普通植入物的可行性。陶瓷特別適用于制作植入物。與金屬和塑料聚合物相比，該材料具有超高的強(qiáng)度、耐磨性、光滑度及生物...
幾乎所有主要的醫(yī)療植入物原始設(shè)備制造商都在積極地探尋陶瓷材料制造各種普通植入物的可行性。陶瓷特別適用于制作植入物。與金屬和塑料聚合物相比，該材料具有超高的強(qiáng)度、耐磨性、光滑度及生物兼容性。但是，陶瓷欠缺一種很重要的品質(zhì)－可加工性。
說(shuō)起陶瓷，大多數(shù)人都會(huì)想到掉到硬地板容易摔碎的餐盤(pán)或咖啡杯。其實(shí)工業(yè)和醫(yī)療陶瓷并非如此，這些陶瓷韌性很高、更密實(shí)，因此不易碎，不過(guò)也難以用傳統(tǒng)方法加工。然而借助激光束可以彌補(bǔ)這一缺憾。
目前有幾種精心挑選的陶瓷植入物已經(jīng)投入生產(chǎn)。不過(guò)，它們采用磨床制造而成，而金剛石砂輪在接近輪廓、型強(qiáng)及加工其他的復(fù)雜工件形狀方面能力有限，因此它們的形狀十分簡(jiǎn)單。另外，由于磨削加工速度慢，導(dǎo)致制造成本很高，使得植入物極其昂貴。鑒于此，與價(jià)格實(shí)惠的金屬植入物相比，只有為數(shù)不多的患者選用陶瓷植入物。
當(dāng)前生產(chǎn)的絕大多數(shù)植入物均由鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼制成。最常用的植入物用于置換膝蓋和臀關(guān)節(jié)，但也廣泛用作股骨、關(guān)節(jié)及脛骨假體。
金屬植入物的平均使用壽命取決于具體應(yīng)用。植入物接受人的活動(dòng)越頻繁，植入物磨損就越快。某些情況下使用壽命僅為 10 年左右，而對(duì)于活動(dòng)較少的人來(lái)說(shuō)，植入物壽命可能長(zhǎng)達(dá) 25 年。這意味著對(duì)于接受金屬植入物的年輕人，最初的植入物很可能需要在其一生之中額外更換一兩次。需要注意的是，膝蓋和髖部置換這類(lèi)骨科手術(shù)的康復(fù)過(guò)程十分痛苦且漫長(zhǎng)。
對(duì)比陶瓷植入物，其平均壽命為 75 年，基本等于一個(gè)人的壽命。植入物接受人只需經(jīng)歷一次手術(shù)和一個(gè)恢復(fù)期。此外，不會(huì)像金屬植入物一樣因?yàn)槟p而在體內(nèi)產(chǎn)生顆粒異物。
另一方面，只有可以經(jīng)濟(jì)高效地加工陶瓷材料，從而使其便于購(gòu)買(mǎi)且價(jià)格合理時(shí)，陶瓷植入物的優(yōu)勢(shì)才能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。正是這一原因，制造商、大學(xué)及其他的研究機(jī)構(gòu)一直在探索和試驗(yàn)不同的制造方法，以期利用傳統(tǒng)的刀具成功加工陶瓷。截至目前，有一種激光加工方法取得了一些不錯(cuò)的效果。
這種經(jīng)濟(jì)的陶瓷加工工藝的關(guān)鍵在于專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的刀片并以及大膽采用多功能機(jī)床上安裝的激光。該機(jī)床能將激光束精確定位在刀片前方，以塑化工件材料，使其易于切割。
經(jīng)濟(jì)性好的陶瓷加工刀具技術(shù)已開(kāi)發(fā)出了，包括聚晶金剛石 (PCD) 和立方氮化硼 (CBN) 刀具。其中 CBN刀具在多種陶瓷應(yīng)用中展示了非凡的潛力。此外還測(cè)試采用超硬硬質(zhì)合金刀具來(lái)加工陶瓷。
目前為止，激光輔助加工技術(shù)已使制造商能夠成功地車(chē)削、銑削及螺紋加工氮化硅、鋯及氧化鋁等陶瓷材料。但最重要的是，該系統(tǒng)延長(zhǎng)了刀具壽命，縮短了這些材料的加工時(shí)間，同時(shí)能夠生產(chǎn)以前無(wú)法生產(chǎn)的工件。
開(kāi)發(fā)激光輔助加工技術(shù)的這些機(jī)構(gòu)將會(huì)繼續(xù)加深對(duì)陶瓷切割工藝的總體了解，并會(huì)極大地推動(dòng)陶瓷在醫(yī)療行業(yè)以及汽車(chē)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部件和軸承等其他領(lǐng)域中的使用。但目前必須進(jìn)行更多測(cè)試，以更好地了解刀具的刃口處理以及刀具與特定陶瓷材料之間的化學(xué)作用。進(jìn)一步測(cè)試還有助于提高激光的使用效率，從而更快地加熱陶瓷材料，并改進(jìn)工件需加熱部分的精度。
如果激光輔助加工技術(shù)仍以目前速度發(fā)展，如同二十年前硬車(chē)削取代磨削一樣，對(duì)陶瓷的切削加工將來(lái)很可能會(huì)取代金剛石砂輪磨削。盡管該方法仍處于初期階段，但在降低醫(yī)療植入物和用于工業(yè)陶瓷零件的制造成本方面已取得了具有里程碑意義的成果。(本文作者為山高教育與技術(shù)服務(wù)經(jīng)理 Don Graham）
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