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通过新型同步加工工艺实现功能集成的植入体 - ZykloMed

在联邦教育与研究部（BMBF）资助的联合项目中，INDEX、Paul Horn GmbH、Beutter Präzisions-Komponenten GmbH 和卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）wbk 生产工程研究所的参与合作伙伴展示了他们在医疗行业的专业技术。合作双方利用新的现代制造工艺，解决了多功能和非圆形仿生设计植入物的经济加工难题。重点是偏心车削、多边形车削和旋转铣削这三种制造工艺。

现代骨科、创伤科和牙科技术对医疗植入体的强度、生物相容性和仿生优化几何形状有着严格的要求。植入体的几何形状与骨骼和组织相适应。在这一过程中，植入体的功能表面被赋予了越来越复杂的设计，以方便植入体内，减少对患者的伤害。植入体的新设计增加了制造成本，因为其表面不再是圆形或方形。它们有更多的弧形表面和在极小空间内连续过渡的功能元件。特别是需要在不同机器上进行多个制造步骤，导致成本大幅上升。例如，精确装夹工件的精确操作就是一个相当大的成本因素。因此，尽管功能集成度很高，但仍需要高效的工艺路线来实现经济生产。

创新工艺

偏心车削、多边形车削和旋转铣削这些创新的制造工艺都基于多个同步旋转轴的相同运动学原理。虽然这一原理广为人知，但将其应用于非圆形和曲线形状的要求却很高。同时，实际应用必须满足医疗行业的高质量要求。

从机器和控制技术到工具设计，再到原型和批量生产，项目合作伙伴在整个过程和供应链中研究和开发了新的制造程序。根据已知的方法和相同的数学原理，对制造过程进行了模拟和设计，以确定对工具和机器的要求。测试分为实验室条件下的等效测试以及实验室和近似应用环境下的批量前测试。工程师们在开发和设计单个流程时，重点关注机器和工具技术。

在偏心车削中，旋转的非圆形刀具在位置耦合作用下沿着旋转的工件被引导。两者的速度达到一定的比例。这样就可以在一定范围内在工件上再现非圆形状。该工艺可高效生产偏心外轮廓。刀具的旋转减少了切削刃的热负荷，从而确保了刀具的使用寿命。该工艺还可以生产锥形轮廓。

多边形车削是一种生产非圆形外轮廓和内轮廓的工艺，其形状为下斜面。与旋转偏心车削一样，该工艺也可以在车床上加工非圆形轮廓。在加工过程中，工件和刀具的平行轴相互偏移一定的轴向距离，并在位置耦合作用下达到特定的速度比。轴向距离、工件与刀具的速度比以及刀片的切削直径决定了轮廓的尺寸。用于多边形车削的刀具系统可单独适应待加工工件的轮廓。

旋转铣削是生产骨螺钉螺纹的一种高效工艺。一个或两个圆形铣刀与工件成一定角度。铣刀和工件的旋转方向可以相同，也可以相反。工件与两把铣刀的速度比取决于螺纹数和刀片数。通过动态改变螺纹轮廓，旋转铣削也可首次用于经济地生产真正可变螺距的螺纹。

接近批量生产的测试获得成功

ZykloMed 项目的合作伙伴在接近批量生产的环境中成功进行了测试，从而向研究项目的目标--经济地生产多功能和非圆形仿生设计的植入体--又迈进了一大步。工程师们证明，同步制造工艺能够经济地生产现代植入体。除了生产新的部件几何形状外，这些工艺还为现有植入体的经济生产提供了优化潜力，并可能应用于医疗行业以外的领域。