Anwendung der MIM-Metallpulverspritzgusstechnologie in medizinischen Produkten

Datum:[2024/4/16]

China ist ein Land mit einer gro?en Bev?lkerung, und das Ph?nomen des Alterns wird immer ernster. Neben der exzessiven Zerst?rung der Umwelt in der Vergangenheit hat das Streben nach wirtschaftlicher Entwicklung die Gesundheitsprobleme der Menschen vor enorme Herausforderungen gestellt und die Nachfrage nach Medizinprodukten für die gesamte Gesellschaft angeregt.
Wie die Qualit?t von Medizinprodukten kontinuierlich verbessert und die Kosten gesenkt werden k?nnen, ist ein Thema, das Wissenschaftler im In- und Ausland studieren. Die Nachfrage nach Medizinprodukten ist gro?, und die Struktur vieler Produkte selbst ist sehr ausgeklügelt, was eine neue Fertigungstechnologie erfordert, um die traditionelle Produktion zu ersetzen.
Metal Injection Molding (MIM) ist eine neue Art netznaher Umformtechnologie, die komplexe Formen in kurzer Zeit herstellen und die Fertigungsanforderungen von Medizinprodukten erfüllen kann. Herstellungsverfahren.
1 MIM-Technologie
1.1 MIM-Technologieverfahren
MIM ist ein netznahes Umformverfahren, das im zwanzigsten Jahrhundert schnell entwickelt wurde. Das allgemeine Verfahren ist: Pulver-Bindemittel → Mischen → Spritzgie?en → Entfettung → Sintern.
Die erste besteht darin, das Polymer mit dem Pulver zu mischen und das Futter mit ausreichender Flie?f?higkeit, gleichm??iger Mischung zu mischen und die Injektionsanforderungen unter bestimmten Bedingungen zu erfüllen, und dann die geeignete Injektionstemperatur, den Injektionsdruck und die Injektionsgeschwindigkeit auszuw?hlen. Das Spritzgie?en wird durchgeführt, und dann wird das Bindemittel im Spritzrohling entfernt und dann gesintert, um eine metallurgische Verbindung zu bilden, und schlie?lich wird der gewünschte Artikel erhalten.
1.2 Merkmale der MIM Technologie
MIM ist eine neue Art von Nah-Net-Forming-Technologie, die Kunststoffumformtechnik, Polymerchemie, Pulvermetallurgie Technologie und Metallmaterialwissenschaft kombiniert. Es weist folgende Eigenschaften auf:
1 Teile, die durch MIM-Technologie gebildet werden, erfordern keine Nachbearbeitung oder Nachbearbeitung und haben eine hohe Materialausnutzung. Sie sind netznahe Umformtechnik und k?nnen hochleistungsf?hige, komplex geformte Teile herstellen.
2 Der Füllprozess des Vorschubs und des Sinters des Produkts kann durch den Computer simuliert werden, und der Prozess kann in der frühen Phase [1-2] optimiert werden, um das beste Design zu erhalten.
3 W?hrend des Einspritzprozesses sind die Drücke an den verschiedenen Punkten innerhalb des Hohlraums gleich. Unter der Pr?misse einer gleichm??igen Mischung des Futters ist die Dichte überall gleich, es tritt kein Dichtegradient auf und eine Gro?produktion ist leicht zu erreichen.
2 Anwendung der MIM-Technologie in Medizinprodukten
2.1 Medizinische Produkte hergestellt durch MIM-Technologie
Medizinprodukte erfordern im Allgemeinen eine gute Gebrauchstauglichkeit und lange genug Lebensdauer und haben ein flexibles Design in Struktur und Form Design [3].
Anfang der 1980er Jahre wurde die MIM-Technologie erstmals in Medizinprodukten eingesetzt und hat sich zum am schnellsten wachsenden Feld auf dem MIM-Markt entwickelt.
Abbildung 1 zeigt den Anteil der MIM-Technologie in Nordamerika in verschiedenen Branchen in 2015 [4]. Es zeigt sich, dass Medizin und Zahnmedizin zu den Hauptanwendungsgebieten von MIM in Nordamerika geworden sind.
Derzeit werden die meisten medizinischen MIM-Produkte aus Edelstahl hergestellt, die Hauptqualit?ten sind 316L und 17-4PH; Es gibt Titanlegierung, Magnesiumlegierung, Gold, Silber, Antimon, etc. [5].
2.1.1 Kieferorthop?dische Klammern
MIM-Technologie wurde zuerst in der medizinischen Behandlung verwendet, um einige kieferorthop?dische Ger?te herzustellen. Diese Pr?zisionsprodukte sind sehr klein in Gr??e, Biokompatibilit?t und Korrosionsbest?ndigkeit. Das Hauptmaterial ist 316L Edelstahl. Die kieferorthop?dische Klammer ist immer noch das Hauptprodukt der MIM-Industrie.
Das deutsche Unternehmen Forestat verwendete die MIM-Technologie, um einen beidseitigen, invertierten Hakenklammern herzustellen, der die mechanische Rückhaltekraft um 30%. Das MIM kann nach einer Formgebung poliert werden, was die Reibung der Halterung zum Bogendraht erheblich reduzieren kann. Dieses Produkt wurde von BjornLudwig best?tigt, dass es eine positive Wirkung in der kieferorthop?dischen Chirurgie hat [6].
2.1.2 Chirurgische Werkzeuge
Chirurgische Werkzeuge erfordern hohe Festigkeit, geringe Blutkontamination und die F?higkeit, aggressive Desinfektionsverfahren zu erreichen. Die MIM-Technologie wurde entwickelt, um die Anforderungen der meisten chirurgischen Werkzeuge zu erfüllen und gleichzeitig Prozessvorteile und niedrige Kosten zu bieten. Die Herstellung verschiedener Metallprodukte ersetzt allm?hlich traditionelle Produktionstechniken als Hauptherstellungsmethode.
FloMet Ltd. hat eine Edelstahlklaue [7] unter Verwendung der MIM-Technologie entwickelt, die aus 17-4PH Edelstahl hergestellt wird und eine Dichte von mehr als 7,5g/cm3 hat. Es kann verwendet werden, um Objekte im menschlichen K?rper w?hrend der Operation zu greifen und hat die Funktion des Skorpions. Das Design ist recht komplex und erfordert eine hohe Fertigungsgenauigkeit.

Nach dem Umformen mit MIM-Technologie und anschlie?endem Sintern k?nnen hohe Toleranzniveaus ohne aufw?ndige Nachbearbeitung erreicht werden, um einen Bruch der Linie und Geometrie der Backen zu vermeiden.

Es ist schwierig, eine so komplexe Edelstahlklaue durch Gie?en oder Zerspanen herzustellen, die einen langen Produktionszyklus und hohe Kosten erfordert und 60% durch die Verwendung der MIM-Technologie sparen kann.
Einweg-chirurgische Werkzeuge müssen ein Verfahren entwickeln, das kostengünstig in Massenproduktion hergestellt werden kann. Smith Metals verwendet die MIM-Technologie, um eine Wellenanordnung [8] für den Einsatz in einem neuen Typ von Einweg-chirurgischen Instrumenten zu einem Preis von nur der Schweiz herzustellen. Die CNC-Werkzeugmaschine ist 1/4 bis 1/5, die Dichte ist 7.5 g/cm3, die ultimative Zugfestigkeit ist 1190 MPa, die Streckgrenze ist 1090 MPa, die Dehnung ist 6.0%, und die maximale H?rte ist 33 HRC.
Der Herstellungsprozess des Produkts ist: Erstens werden zweiachsige Teile von 178 mm L?nge durch MIM-Technologie geformt, dann werden zwei Teile lasergeschwei?t, und dann sind nachfolgende Bearbeitung und W?rmebehandlung erforderlich. Um bessere Toleranzanforderungen zu erreichen, ist Sprühen erforderlich. Pillen und Passivierungsbehandlung.
2.1.3 Knieimplantate Teile
Die MIM-Technologie schreitet im Bereich menschlicher Implantate langsam voran, vor allem weil die Produktzertifizierung und -akzeptanz sehr lange dauert.
Derzeit kann die MIM-Technologie verwendet werden, um Teile herzustellen, die Knochen und Gelenke ersetzen. Die verwendeten Metallmaterialien sind haupts?chlich Ti-Legierungen [9].
In Bezug auf die Biokompatibilit?t verwendeten Chen Liangjian et al [10] por?se MIM-Technologie, um por?ses Titan mit einer Porosit?t von 60%, und pr?parierte Gelatine-Sustainable-Release-Mikrosph?ren durch modifiziertes Kondensationspolymerisations-Vernetzungsverfahren und auf por?se Titanoberfl?che angewendet.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Gelatine-Mikrosph?renbeschichtung por?ses Titan nicht zytotoxisch ist und als Material für medizinische Implantate verwendet werden kann.
Kanada MaettaSciences Inc. setzte Ti-6Al-4V erfolgreich zur Herstellung von Knieimplantaten für menschliche Implantate ein [11]. Das Implantat wird nach dem Eintritt in den menschlichen K?rper haupts?chlich Druck ausgesetzt und weist eine gute Biokompatibilit?t auf. Nachdem MIM gebildet ist, wird hei?es isostatisches Pressen durchgeführt, gefolgt von Kugelstrahlen, Polieren und Anodisieren, um bessere Oberfl?cheneigenschaften zu erhalten, Reibung mit dem menschlichen K?rper zu reduzieren und Kompatibilit?t und Lebensdauer zu verbessern.
2.1.4 H?rger?t Schallrohr
Die MIM-Technologie kann auch zur Herstellung von Teilen für eine Vielzahl von Medizinprodukten verwendet werden.
Indo-MIM verwendet die MIM-Technologie, um eine H?rger?te-Schallr?hre [12] für Phonak zu produzieren, die die Schallrate erh?ht und das H?ren f?rdert.
Nachdem das MIM gebildet und gesintert ist, kann das akustische Rohr in der Form des H?rger?ts erhalten werden. Um die Oberfl?che des Schallrohrs glatt zu gestalten, muss nur ein Glasperlenstrahlprozess durchlaufen werden.
Das Schallrohr hat eine Dichte gr??er als 7,65 g/cm3, eine Zugfestigkeit bis 480 MPa, eine Streckgrenze von 150 MPa, eine Dehnung von 45%, und eine maximale Oberfl?chenh?rte von 100 HRB. Die MIM-Technologie kann die Kosten im Vergleich zu bisherigen traditionellen Produktionsprozessen um 20% senken.
MIM-Technologie kann auch verwendet werden, um eine breite Palette von Produkten zu produzieren, einschlie?lich interventionelle Stents, Strahlenschutz für Wolfram-Legierungsspritzen mit hoher Dichte, mikrochirurgische Roboter, Mikropumpen-Endoskopteile und Medikamenteninhalatoren [13].
2.2 MIM neue Technologie für medizinische Produktanwendungen
2.2.1 Mikrospritzguss aus Metall
Metallmikrospritzguss (μMIM) ist eine vom Deutschen IFAM Institut entwickelte Umformtechnologie, um die MIM-Technologie organisch bei der Herstellung von mikrometergro?en Teilen anzuwenden.
Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Produkten, die μMIM herstellen kann:
1-Teile bis zur Mikrongr??e und Licht bis zu einigen Milligramm;
Die Abmessungen der 2-Teile ?hneln denen herk?mmlicher Spritzgussteile, aber die Gr??e der Teilstruktur erreicht mikrometergro?e Teile mit Mikrostrukturen.
Mikro-Spritzgie?en hat sich in den letzten Jahren zu einem Forschungs-Hotspot im Bereich Spritzgie?en entwickelt. Mit der Entwicklung moderner Maschinen in Richtung Miniaturisierung wird der Einsatz von Mikrospritzguss immer umfangreicher [14].
Derzeit hat das Karlsruher Forschungszentrum erfolgreich die μMIM-Technologie für die Herstellung von Kleinstteilen für Medizinprodukte [15], wie Spektrometern, Titrationsplatten usw. angewendet. Das Produkt hat eine Strukturgr??e von Mikron und eine minimale Wandst?rke von 50 μm.
Abbildung 2 zeigt den von IFAM in Deutschland unter Verwendung der μMIM-Technologie hergestellten Nahtanker für den chirurgischen Einsatz [16], der nur die Gr??e eines Streichholzkopfes hat.
2.2.2 Ko-Spritzgie?en aus Metall
Metal Co-Injection (Co-MIM) entstand in den 1990er Jahren und ist eine sandwichartige Pulverspritzgusstechnologie.
Das Verfahren besteht darin, zwei Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften gleichzeitig oder batch-injiziert in eine Form für ein Verbundspritzguss, das Metallmaterialien und Materialien mit v?llig unterschiedlichen Eigenschaften in einem Bauteil kombinieren kann.
Mit diesem Verfahren kann eine Kern-/Schalenstruktur mit einer funktionellen und komplexen Form erhalten werden, und nachfolgende Prozesse wie Beschichtung, W?rmebehandlung und Montage sind für den Artikel nicht erforderlich. Schlie?lich kann ein Verfahren verwendet werden, um funktional sortierte Materialien vorzubereiten, was die Anzahl der Prozesse erheblich reduziert und Kosten senkt.
Die Co-MIM-Technologie bietet eine neue Denkweise über die Entwicklung und das Design von Funktionsteilen. Li Yimin et al [17] haben die Co-MIM-Technologie verwendet, um eine neue Biopflanzungsstruktur vorzuschlagen, die in der dichten kortikalen Knochenstruktur und in der festen spongi?sen Knochenstruktur im ?u?eren Loch weit verbreitet ist.
Diese Struktur erleichtert den Grenzfl?chenspannungstransfer zwischen dem implantierten Knochen und der umgebenden Knochenstruktur. Die Porosit?t der ?u?eren por?sen Struktur betr?gt 5% bis 60%, und die gr??te Pore betr?gt 400 μm.
3 Ausblick
Laut der jüngsten Marktforschung von BCCresearch zum Metall- und Keramikspritzguss wird der globale Marktwert von Metall- und Keramikspritzgussteilen in 2018 von US$1,5 Milliarden auf fast US$2,9 Milliarden steigen, mit einer durchschnittlichen j?hrlichen Wachstumsrate von 11,4%.
Gleichzeitig wird die MIM-Technologie mit dem Rückgang der Automobilverk?ufe in den Bereichen Medizin, Luft- und Raumfahrt, Elektronik und andere Bereiche eintreten.
In der neuen Roadmap der europ?ischen Pulvermetallurgieindustrie weist die European Powder Metallurgy Association darauf hin, dass der Medizinmarkt ein ?u?erst wichtiger Teil der Spritzgie?industrie ist [18].
Da der Markt weiter expandiert, wird die Anwendung der MIM-Technologie im medizinischen Bereich immer tiefer und verschiedene neue Materialien und Prozesse auf Basis der MIM-Technologie kontinuierlich weiterentwickelt werden.
Ultraschallkopf
Shenzhen Yujiaxin Tech Co., Ltd. ist jetzt ein Hersteller mit reicher Erfahrung in MIM-Produkten für verschiedene medizinische Ger?te. In Zukunft wird es sich mehr um Metallpulverspritzpr?zisionsprodukte in der Medizinger?teindustrie widmen.