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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。
說起陶瓷，大多數(shù)人都會想到掉到硬地板容易摔碎的餐盤或咖啡杯。其實工業(yè)和醫(yī)療陶瓷并非如此，這些陶瓷韌性很高、更密實，因此不易碎，不過也難以用傳統(tǒng)方法加工。然而借助激光束可以彌補這一缺憾。
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，它們采用磨床制造而成，而金剛石砂輪在接近輪廓、型強及加工其他的復(fù)雜工件形狀方面能力有限，因此它們的形狀十分簡單。另外，由于磨削加工速度慢，導致制造成本很高，使得植入物極其昂貴。鑒于此，與價格實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，而對于活動較少的人來說，植入物壽命可能長達 25 年。這意味著對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骨科手術(shù)的康復(fù)過程十分痛苦且漫長。
對比陶瓷植入物，其平均壽命為 75 年，基本等于一個人的壽命。植入物接受人只需經(jīng)歷一次手術(shù)和一個恢復(fù)期。此外，不會像金屬植入物一樣因為磨損而在體內(nèi)產(chǎn)生顆粒異物。
另一方面，只有可以經(jīng)濟高效地加工陶瓷材料，從而使其便于購買且價格合理時，陶瓷植入物的優(yōu)勢才能變?yōu)楝F(xiàn)實。正是這一原因，制造商、大學及其他的研究機構(gòu)一直在探索和試驗不同的制造方法，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的效果。
這種經(jīng)濟的陶瓷加工工藝的關(guān)鍵在于專門設(shè)計的刀片并以及大膽采用多功能機床上安裝的激光。該機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)濟性好的陶瓷加工刀具技術(shù)已開發(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。此外還測試采用超硬硬質(zhì)合金刀具來加工陶瓷。
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)延長了刀具壽命，縮短了這些材料的加工時間，同時能夠生產(chǎn)以前無法生產(chǎn)的工件。
開發(fā)激光輔助加工技術(shù)的這些機構(gòu)將會繼續(xù)加深對陶瓷切割工藝的總體了解，并會極大地推動陶瓷在醫(yī)療行業(yè)以及汽車和航空發(fā)動機的部件和軸承等其他領(lǐng)域中的使用。但目前必須進行更多測試，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作用。進一步測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，如同二十年前硬車削取代磨削一樣，對陶瓷的切削加工將來很可能會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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