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ANCA:人造膝盖——矫形植入体磨削

我应该磨削膝盖和髋部植入体吗?

  2008-2009 年全球金融危机对世界众多工具和刀具制造商造成了不良影响,其中有些减产50-80%。经济衰退过后,许多公司开始着眼于多样化战略,以便更好地应对不稳定的经济状况。多元化战略将在高成长市场获取高额回报的投资机会与坚实的“抗衰退”经济基础完美地联系起来。

  故此,医用矫形植入体磨削领域已成为CNC工具切削业务现有和新进参与者的一项有吸引力的多元化战略。关节重建手术基本由膝盖、髋部和肩部重建术主宰,这些全都涉及到矫形植入体以及制造过程中普遍需要磨削的相关器械。

  该领域的成长和科技进步正为磨削车间进入一个有利可图的市场打开机遇之门,该市场历来就处于强劲增长且预料还会增长的态势中。投资到正确的技术上,对在这个发展中的市场上保持竞争力至关重要。正确的机床配以行业领先的CAD/CAM软件,提供了有效响应其市场需求的手段。

  膝盖植入体、骨锉等矫形应用的常规磨削程序,通常采用西门子PLM NX等CAD/CAM包来产生。机器NC程序一般采用针对具体机器对象的NC后处理器来生成,再用来制造零件。后处理器构成CAD/CAM软件与机器间一体化的组成部分。因此,重要的是确保这种一体化能在设计、生产过程中实现最大的灵活性。

  磨削医用植入体的矫形级合金时满足几何形状和表面精加工要求,可能显得颇具挑战性。理想情形下,CAD/CAM软件与机器间的一体化应当考虑磨CAD/CAM软件与机器间的一体化应当虑及磨轮常规修整程序的编程简便性和灵活性,以及选取各种粗磨、精磨轮几何形状的自由度。CAD/CAM系统与机器的任务之间应当存在明确差别,以免磨削工艺的变化要求CAD模型重新生成NC程序时出现低效率。

  2008年,估计全球矫形术市场价值约370亿美元[1],其中122亿美元[2]由关节重建部门(即人造植入体)贡献。膝盖和髋部重建基本主宰着关节重建部门,所以对CNC磨床意义最大,因为这些关节以及以及骨锉/钻等相关器械往往是在CNC磨床上制造。

  2000年代初以来,髋和膝关节成形术全面实现了收入的两位数持续增长,未来几年,全球关节重建市场有望以每年9%以上2的速度增长。虽然不算增长最快的矫形市场部门,但对膝盖和髋部置换术的需求在世界���地都是最高的[3]

用于髋关节置换手术的股骨锉

  由于社会变化和人口变化的发展趋势,这种市场的增长的确是有保证的。除了对这些医疗处理有更高要求的老龄化人口外,发展中国家也推动了其成长,比如印度和中国就占全球总人口的37%。为突出这一增长潜力,不妨考虑一下,美国和欧洲是目前最大的市场消费国,两者占消费量的80%左右(美国50%,欧洲30%)[4],而人口却仅及全球的17%。2008年,膝盖和髋部这一块在美国境外实现了17%以上的收入增长,则比美国境内该增长量高出一倍多[5]

  过去十年,关节重建部门取得了重大科技进步。一股源于这些进步的新潮流,特别是在膝关节成形术领域,当属病人专属植入体的发展。现在,采用三维扫描仪和计算机辅助设计(CAD)雕刻技术可以设计制造病人专属植入体,比起仅仅几年前,不仅效率提高了,费用也降低了。相比目前采用的一般由范围有限的几何形状组成的已停售植入体,这种矫形植入体办法具有显而易见的好处。

我为什么应当用CNC工具磨床来磨削矫形植入体?

  矫形术植入体市场的演变和成长为新产品和新制造工艺注入了创新动力。随着市场朝性别及病人专属植入体方向发展,制造商必须确保自己采用能得到的性价比最高、最可行的制造工艺。每年的膝盖置换术成千上万并不断增多,再结合取代已淘汰制造技术的需要,不难看出市场需求正如何创造出新的机遇。

  过去八年间,手工加工矫形植入体已逐渐被CNC磨削所取代。CAD/CAM后处理领域的软件开发正带来生产率的大幅提高,导致近年来CNC磨削的新解决方案进入市场。这缩短了制造交付周期,使病人专属植入体成为一项有前途的业务,具有定制植入体应有的连带利润率。

  5轴CNC工具磨床与CAD/CAM软件间的一体化为矫形植入体市场提出的挑战提供了一种高效解决方案。灵活性、高的生产效率、自动化以及与领先CAD/CAM系统的一体化是调研潜在解决方案时要鉴别的关键能力。

ANCA刀具磨床为什么是制造膝盖和髋部植入体以及矫形骨锉和扩孔钻的最佳选择?

  CNC工具磨削的行业龙头ANCA,为切削工具业提供磨削解决方案已逾四分之一世纪,并从此树立了交付定制化磨削解决方案的良好声誉。过去数年间,ANCA与矫形植入体领域及其它行业的全球龙头厂家合作,开发出一种解决方案,磨削来自西门子PLM NX CAD/CAM软件的CAD设计零件。

用膝盖植入体的CAD模型,在西门子PLX NX软件中定义磨削路径

  ANCA矫形植入体磨削解决方案带来了超越现有系统的关键竞争优势。通过明确规定西门子NX与ANCA Toolroom软件的核心职责分工,研制出了可在两套系统间实现最佳结合的后处理器。后处理器以一种普遍的方式产生磨削路径信息,以便将所有与工艺相关的任务都委托给ANCA软件。 

  磨削路径的生成与制造工艺在逻辑上分开,自然带来了若干优势。由CAD/CAM系统生成磨削路径,只需要一次性生成。于是,在机器上用相同的生成数据,使用直径不同的磨轮进行粗磨、精磨和光刀磨削。砂轮修整与该系统实现无缝结合,无需返回CAD/CAM系统。ANCA CNC的3D-CRC(刀具半径补偿)特性自动计算修正的磨削路径,调整新砂轮的直径。这使零件能以采用相同生成NC码的传统砂轮或超硬砂轮进行磨削。

  这种办法消除了工艺参数需要调整时由CAD/CAM软件重新生成NC码的必要性。可以直接在机器上对磨削路径和砂轮进行调整和补偿。只有需要对零件的几何形状进行更改时,才要求重新生成NC码。回避了再次访问CAD模型的必要性,生产工艺大为优化。

  更多好处包括采用ANCA的行业领先Toolroom成套软件。ANCA的iGrind工具设计软件使生成的NC码可用于专用iGrind操作,做到所有工艺参数都能定义。这样就能把CAD生成的操作与其它标准磨削操作混在一起,在设计特殊零件时实现充分的灵活性。如果需要,这种办法还能做到经一次性设置,在一台机器上完成铣削钻孔操作

  CAD生成的几何形状无缝融入ANCA的iGrind软件,还意味着整个磨削工序,包括任何附件操作,都能用ANCA的行业领先Cim3D软件进行三维仿真。除离线几何形状校验外,还能检测潜在碰撞,计算循环时间的估算值。

  ANCA TX7+系ANCA矫形植入体磨削的精选机型。基于减震性能优异的聚合物混凝土床身,TX7+ 具有全封闭、良好的刚性、高精度、大功率等特点、以及各种自动化等选项以应对最为苛刻的任务。TX7+特别配备了37KW(49马力)、10000转/分的磨头主轴以及3000转/分的头架(工件主轴)一体式修整器,另外还为带速换HSK刀杆、刚性安装的二级修整器做了准备。P-Axis选件提供CNC控制的移动支撑架,包括稳固的Arobotech或CNC力控尾架选件。TX7+有一个内置双砂轮组包交换器,也可提供多达21组砂轮组的砂轮库型砂轮组交换器选项。另外还可提供白石条自动清理砂轮的装置。

  矫形植入体加工中自动化装载/卸料的应用一般得益于Fanuc装载机械手的使用。除提供零件自动装卸功能外,还可在机器进行磨削的同时,利用机械手在装载机内同时完成诸如抛光等二级任务。

  ANCA解决方案带来了磨削各式各样零件和切削工具的灵活性,确保最大限度的机器利用率和通用性。除矫形植入体及器械外,还可用同一台机器制造标准切削工具。在一个充满竞争的市场上,投资于正确的以领先软件性能为实力的机床,是迈向成功的关键一步,矫形植入体及器械领域尤其如此。

  今天就致电您当地的ANCA分店或经销商吧,预约一次演示活动,亲身领会ANCA TX7+为什么是本行业磨削矫形植入体及医疗器械的精选机型。

 

下载ANCA医疗用途磨削应用解决方案的介绍册(英语)

2010 年7月第一次在Sharp E 新闻通讯上发表

其它相关文章和白皮书

参考资料

  1.《2009年全球矫形术市场完全指南》,Espicom商业情报公司((暂不可见)),2009年

  2.《矫形设备市场到2012年的未来》,Global Markets Direct公司,2008年12月,报告代码:GMDME0754MR

  3.《全球矫形术市场——聚焦髋部和膝盖置换》,A&M Mind Power Solutions公司,2010年1月

  4.《髋部和膝盖置换市场:美欧市场概况——成熟市场的成长》,Datamonitor公司,2006年10月

  5.《对矫形设备而言,未来依旧光明》,Anthony G. Viscogliosi,Viscogliosi兄弟有限责任公司,2009年5月

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