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發問時間: 科學工程學 · 1 0 年前

鍛造的歷史演進

人類鍛造演進的方式,從以前的打擊一直到現在...如中間的過程變換的機器也可以...

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  • 1 0 年前
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    鍛造技術的運用已有6000年的歷史,至今其鍛造加工技術演進雖無太大的變化,然而隨著其細節的軟硬體發展,鍛造技術仍為製造骨科植入物主要製程之一。目前許多骨科器材商和代工廠仍持續選擇鍛造技術來生產產品,主要因為鍛造可減少許多機械加工時間以及具有低成本優點。雖然鍛造技術的製造流程變化不大,然而在相關技術的改良下,鍛件的淨外型(Net shape)已趨近於最終產品的外型,減少後續加工的繁瑣程序,也因為如此鍛造產品可有不錯的製造品質,出貨期的控管相對容易,因而壓低產品製造成本。

    在骨科植入物的鍛造材料選用方面,鈦合金以及鈷鉻合金仍為常見的使用材料。例如脛骨基座以及股骨柄的使用材料多為鈦合金,膝關節股骨元件則為鈷鉻合金。鈦合金的鍛造相較於鈷鉻合金不易成型,然而鈦合金相對於鈷鉻合金產品輕,且可提供較好的生理表現和機械性質。此外,鈦合金鍛件的表面具有多孔隙外表,可增加骨頭與元件的附著強度。相對地,鈷鉻合金的強度較大,易進行鏡面拋光,提供較佳的抗磨耗性質,可運用在股骨球頭和脛骨基座。無論是選用鈦合金或鈷鉻合金,其最終目的即是運用鍛造製程的優點來生產最佳的骨科植入物。在鍛造技術的使用方面,常見在骨科植入物的製造為沖壓成型,其具有較佳的淨外型,降低機加工時間,現已運用電腦輔助設計以及軟體於鍛造技術,此將可大為提升生產效能。

    在製程方面,鍛造件相較於鑄造件需要較少的程序,因此許多代工廠仍選擇鍛造技術來生產骨科植入物。然而製程的選擇需要多方向考量,選用鍛造或是鑄造則需要考量產品功能或是設計目的,雖然鑄造產品在某些情況下的確可提供較精準的外型,然而鍛件的製程程序簡便,引用成熟的技術將可替代得到高品質的鍛件,減少加工成本。鍛造技術生產骨科植入物已相當成熟,代工廠所遇的挑戰除了尋求減少製造成本的方法外,單純提供鍛件的廠商已不足以滿足要求,主要因為許多完整的骨科植入物需要額外的後續加工程序,例如產品的加工、拋光、珠狀披覆以及氫氧基磷灰石披覆等。目前代工廠如KomTek公司即可同時提供鑄造和鍛造供外包廠商選擇,而Stealth Medical 公司則擴充其服務,延伸產品的後續加工包括表面拋光和珠粒披覆的加值服務。另外鍛造可能遇到的挑戰即是自動化生產,雖然技巧性的鍛造技術仍保有其生產價值,然而自動化相對而言可減少更多的加工費用。Accellent 公司的鍛造部門經理 Ray Rossi認為自動化製造是生產骨科植入物的主要考量,因為自動化可提供製程一致性,在嚴謹的監控下可減少鍛件成型後的幾何外型變異性(例如潤滑油調控、熔爐時間溫度的控制以及模具的使用)。此外,自動化可滿足製造醫療器材的嚴謹規範,亦即可單純運用機械化的控制轉而控管鍛造產品的品質-減少人為因素。Ray Rossi亦表示鍛造將會是未來生產骨科植入物的主流,因為鍛造可以有效運用原材料和提供較穩定的產品輸出。

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