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医疗器械的镍钛合金加工和精加工

Jim Hammerand

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2024/01/24

镍钛合金的加工和精加工是这种镍钛合金作为医疗设备从地壳到医生和患者身体的旅程的最后步骤。

我们之前已经介绍了如何开采医用镍钛合金并将其熔化成原材料，然后加工成镍钛合金线材、管材和片材，供设备制造商用于医疗器械、组件或零件。

激光切割镍钛合金管材和薄板是制造镍钛合金医疗器械、组件和零件的最常见方法。激光切割用于常见产品，包括支架、心脏瓣膜、下腔静脉过滤器和大多数其他镍钛合金植入物。

飞秒激光器比光纤激光器更先进，可以超高精度切割医用级镍钛合金，而无需加热对热变化敏感的合金。

其他镍钛合金加工和制造方法包括：

电火花加工（EDM）：用于将大型镍钛合金棒或板加工成骨科骨钉等形状

化学蚀刻：腐蚀性化学品以消除材料，例如制造手术设备的刀片

线绕：镍钛合金线通过手工或机器一次缠绕一根，制成镍钛合金形状记忆弹簧

钢丝编织：与钢丝缠绕类似，但镍钛合金编织是用手或机器将多根镍钛合金钢丝编织或编织在一起，用于血栓回收器、支架和分流器等设备

计算机数控（CNC）加工：传统的 CNC 加工操作（车削、铣削、车削等）可以使用镍钛合金，但如果没有针对这种特定合金及其特性的专门技术，则非常困难。

连接：镍钛合金可以通过焊接、焊接、压印或铆接与镍钛合金或其他金属（如不锈钢）连接。

激光烧蚀：与激光切割类似，激光烧蚀去除了更小的材料，但留下了大部分材料，类似于瑞士车削的小型精密零件。

磨削：仿形和无心磨削是镍钛合金制造的好方法，因为镍钛合金保持其直线度并且可以精确研磨，从而产生导丝等部件。

3D打印：镍钛合金的增材制造方法（如激光烧结）还处于非常早期的阶段

医用镍钛合金定型和精加工

在激光切割（或替代加工工艺）之后，先去毛刺（如果需要），然后进行形状设置。

镍钛合金形状设置使用工具夹具将镍钛合金压缩或膨胀成所需的最终形式，并从盐浴、流化床或熔炉中加热以处理镍钛合金，使其保持该形状。

形状设置中施加的热量也会影响镍钛合金的特殊形状记忆和超弹性/伪弹性性能。不同的热处理温度和时间将产生不同的性能，例如，提供支架径向力以抵抗挤压，或者允许微创植入物向下压缩到导管中进行输送，然后在放置在患者体内时膨胀。镍钛合金的疲劳耐久性是另一个受热影响的特性。

形状设置也是一个阶段，在这个阶段，镍钛合金可以被赋予不同的颜色和色调（就像阳极氧化钛一样），在炉子中不同的时间、温度和气氛的应用。传统的阳极氧化工艺也可用于使镍钛合金具有彩色饰面，类似于您对铝所做的工作。

成型后，去除氧化物的表面处理是生物相容性的必要步骤。此步骤可防止长期接触镍对人体的有害影响。镍钛合金的不同表面处理有优点和缺点。

电解抛光和机械抛光可以确保生物相容性，还可以去除可能成为疲劳成核部位的瑕疵。

电解抛光是实现生物相容性的好方法，它去除了表面氧化物，同时软化了锋利的边缘并创造了光滑的表面。电解抛光没有酸洗或化学抛光的疲劳缺点。

酸洗（或蚀刻）使用酸清洁表面，去除氧化物。酸洗可用于批处理工艺，方法是将零件浸入酸浴中以去除氧化物以实现生物相容性。然而，酸洗会给表面形貌留下微观变化，从而带来疲劳开裂的风险。但同样的表面形貌也可以增强聚合物涂层在导丝等设备上的附着力。

化学抛光是一种类似的酸浴间歇工艺。它比酸洗留下更光滑的表面，以获得更好的抗疲劳性，但仍然为涂层应用提供一些形貌。

最后，在组装和/或包装、灭菌和运输之前，目视和尺寸检查可验证成品镍钛合金零件、组件或设备的质量。