Angesichts der Alterung der Bevölkerung verdient die Gesundheit älterer Menschen mehr Aufmerksamkeit. Sie ist untrennbar mit fortschrittlicher Medizintechnik und -ausrüstung verbunden.
Die Bedeutung von Präzisionsmedizinprodukten und biokompatiblen Metallen in der modernen Medizinbranche ist selbstverständlich. Es gibt eine breite Palette medizinischer Anwendungen im Metallspritzguss, beispielsweise für orthopädische Implantate, medizinische Geräte und chirurgische Instrumente.
Inhalte
Metallspritzguss – Übersicht
Metallspritzguss ist ein spezielles pulvermetallurgisches Verfahren. MIM stammt ursprünglich aus dem Keramikpulverspritzguss. Da die Technologien ähnlich sind, werden sie zusammenfassend als PIM bezeichnet.
MIM umfasst die folgenden Schritte.
- Vermischung
Während Mischvorgangmischen Arbeiter Metallpulver und Bindemittel in einem Pulvermischer. Durch die Zugabe von Bindemitteln wird das Metallpulver gleichmäßiger vermischt.
- Spritzgießen
Anschließend wird das Metallpulver geschmolzen und in die Form gespritzt, um die gewünschte Form zu erhalten. Normalerweise wiegt das eingespritzte Metall nicht mehr als 100 g.
- Entbinderung
Beim Entfetten wird das Bindemittel entfernt. Zu den Entfettungsmethoden gehören thermisches Entbindern, Lösungsmittelentbindern und Vakuumentbindern.
- Sintern
MIM Sinterprozess ähnelt dem herkömmlichen Pulvermetallurgieverfahren. Die Dichte des fertigen Produkts liegt im Allgemeinen über 95 %.
Charakterisierung medizinischer Metallpulver
Hohe Reinheit
Verunreinigungen können die Leistung und Biokompatibilität von Metallen beeinträchtigen.
Kleinere Partikelgröße
MIM erfordert kleinere Partikelgrößen und eine engere Verteilung. Bei Edelstahl sollte die Partikelgröße unter 22 μm liegen. Bei Titan und Titanlegierungen sollte sie unter 45 μm liegen.
Kugelförmiges Pulver
Sie wissen vielleicht bereits, dass sphärisches Pulver eine geringere Reibung, eine bessere Fließfähigkeit und eine geringere Sinterschrumpfung aufweist. Im Allgemeinen produzieren wir sphärische Pulver durch Gaszerstäubungsprozess. Das Bild unten zeigt das kugelförmige Pulver der Titanlegierung unter dem Mikroskop.
MIM-Metalle
Hier sind einige Gemeinsamkeiten MIM-Materialien.
Eisenlegierung
Ferrolegierungen sind aus folgenden Gründen ein häufig in der Medizin eingesetztes Metall:
- Einfach herzustellen
- Hohe Duktilität
- Hohe Härte
- Non-toxic
- Biologisch abbaubar
Eisen ist zudem ein blut- und biokompatibles Metall. Daher kann es als temporärer kardiovaskulärer Stent dienen, um verstopfte Blutgefäße zu öffnen und deren Verengung zu verhindern.
Eisen eignet sich aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften auch als Material für Anwendungen im Bereich der Knochengewebezüchtung.
Reines Eisen zersetzt sich jedoch eher langsam. Legiert man Eisen mit anderen Metallen, zersetzt es sich schneller und gleichmäßiger.
Titanlegierungen
Unter allen Metallen bieten Titanlegierungen einige besondere Vorteile:
- Niedriger Elastizitätsmodul
- Hohe spezifische Festigkeit
- Perfekte Korrosionsbeständigkeit
- Gute Biokompatibilität
In der Medizinbranche werden Titanlegierungen häufig für Zahnimplantate und orthopädische Implantate verwendet. Zahnärzte nutzen beispielsweise Ti-6Al-7Nb-Knochenschraubenimplantate zur Fixierung und Reparatur gebrochener Zahnschäfte.
Darüber hinaus finden Titanlegierungen auch Anwendung in Herzschrittmachern, Kniegelenken, Befestigungsschrauben und künstlichen Hüftgelenken.
Allerdings müssen an das bei MIM verwendete Titanlegierungspulver hohe Präzisionsanforderungen gestellt werden (≤ 45 μm).
Edelstahl
Edelstahl, wie beispielsweise 420, 316L und 440C, ist aus folgenden Gründen ein häufig verwendetes Metall für medizinische Geräte:
- Hohe Festigkeit
- Gute Verschleißfestigkeit
- Gute Biokompatibilität
- Bessere Herstellbarkeit
MIM ermöglicht die Herstellung von Edelstahlprodukten 316L mit einer Dichte von über 98 %. Dadurch können Produkte mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften für medizinische Anwendungen hergestellt werden.
Magnesiumlegierung
Magnesium ist ein weiteres biologisch abbaubares Metall. Es hat folgende Eigenschaften:
- Leichtgewicht
- Hervorragende Biokompatibilität
- Biologisch abbaubare Eigenschaften.
Es kann in kardiovaskulären Stents eingesetzt werden, die nachweislich gut funktionieren, ohne dass es zu Entzündungen oder Thrombosen kommt.
Bei der Verwendung von Magnesium in kardiovaskulären Stents hat sich gezeigt, dass es wirksam ist, ohne Entzündungen oder Thrombosen zu verursachen.
Magnesium hat vergleichbare mechanische Eigenschaften wie menschliche Knochen und ist leichter. Daher eignet es sich auch für temporäres Knochengewebe oder orthopädische Geräte, einschließlich orthopädischer Schrauben.
Biomedizinische Legierungen mit Formgedächtnis
Biomedizinische Legierungen mit Formgedächtnis haben ein breites Spektrum biomedizinischer Anwendungen, zum Beispiel:
- Zahnheilkunde
- Frakturen behandeln
- Kardiovaskuläre selbstexpandierende Stents
Metallspritzguss – Medizinische Anwendungen
Medizinisches Gerät
MIM ist in der Lage, kleine und komplizierte Komponenten für einige medizinische Geräte herzustellen, wie zum Beispiel:
- Knierehabilitationsgerät
- Laserchirurgiegerät
- Gerät für arthroskopische Chirurgie
Metallische kieferorthopädische Brackets
MIM-kieferorthopädische Brackets haben eine hohe Festigkeit, gute Biokompatibilität und eine präzise Passform. Kieferorthopädische Brackets werden normalerweise aus 316L-Edelstahl hergestellt.
Darüber hinaus kann MIM Schraubenimplantate, Ultraschall-Endodontie und Scaler-Spitzen für die Zahnbehandlung herstellen. Dies ist für kieferorthopädische Ergebnisse von großem Nutzen.
Chirurgische Fixierungsgeräte
Die im MIM-Verfahren hergestellten Gelenkgetriebe für chirurgische Fixationsvorrichtungen zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Leistung aus. Sie bestehen aus rostfreiem Stahl 17-4PH mit einer Dichte von über 7.65 g/cm³, einer Zugfestigkeit von 900 MPa und einer Härte von 25 HRC.
Chirurgische Werkzeuge
Traditionelle chirurgische Instrumente wie Griffe von chirurgischen Messern, Pinzetten und Zangen werden meist durch Schmieden und Präzisionsbearbeitung hergestellt. MIM bietet eine bessere und wirtschaftlichere Möglichkeit zur Herstellung dieser Instrumente. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Backen von chirurgischen Klammergeräten.
Gefäßstents
MIM kann Stents zur Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen herstellen. Diese Stents haben komplexe Strukturen und werden durch Flecht- oder Laserschneidverfahren hergestellt, deren Herstellung sehr teuer ist. MIM könnte diese Stents kostengünstig produzieren, ohne die Produktleistung zu beeinträchtigen.
Laut einem Bericht der Transactions of Nonferrous Metals Society of China haben Forscher erfolgreich MIM 316L-Stents aus Edelstahl in Tierarterien implantiert. Dies belegt die klinische Anwendbarkeit von MIM-Gefäßstents.
Hörgeräte
Das Bild unten zeigt eine hochkomplexe Hörgerätekomponente. Ihre Funktion besteht darin, Schallfrequenzen zu verstärken und das Hörvermögen zu verbessern. Sie wird im MIM-Verfahren aus Edelstahl 316 hergestellt. Im Vergleich zu anderen Verfahren können dadurch etwa 20 % der Kosten eingespart werden.
Metallspritzguss findet in der Medizinbranche außerdem folgende Anwendung:
- Scheren und Nähgeräte
- Arzneimittelverabreichungsgeräte,
- Chirurgische Klemmen
- Messerwellenwerkzeuge
- Sauerstoffkonzentratoren
Vorteile von MIM im medizinischen Bereich
- Hohe Sinterdichte
Da bei MIM sehr feines Metallpulver verwendet wird, kann die Sinterdichte von MIM-Produkten leicht 98 % übersteigen.
- Verbessern Sie die Biokompatibilität
Die Medizinbranche benötigt biokompatible und für den menschlichen Körper unbedenkliche Materialien. Metallspritzguss bietet eine breite Materialauswahl zur Herstellung von Metallspritzgussteilen.
- Hohe Freiheit im Produktdesign
Metallspritzgussteile in sehr kleinen Größen (typischerweise bis zu 60 mm), die mit anderen Verfahren oft nur schwer herzustellen sind. Dies bietet Medizinern mehr Gestaltungsfreiheit für die Herstellung kompakterer und effizienterer Teile.
- Extrem hohe Teilepräzision
Herkömmliche Metallherstellungsverfahren wie Zerspanung und Gießen können nur begrenzte Toleranzen erreichen. Metallspritzguss ermöglicht die Herstellung komplexer, kleiner und hochpräziser Produkte.
Wir sorgen für Präzision Dienstleistungen im Bereich Metallspritzguss zugeschnitten auf die strengen Leistungs- und Biokompatibilitätsanforderungen der Medizinbranche. Wir liefern hochdichte MIM-Teile mit engen Toleranzen und glatten Oberflächen unter Verwendung von Materialien wie Edelstahl und Titan.