चिकित्सा उत्पादों में टाइटेनियम धातु पाउडर इंजेक्शन मोल्डिंग की एमआईएम प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

चिकित्सा उत्पादों में एमआईएम धातु पाउडर इंजेक्शन मोल्डिंग प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

 

 

न्यूनतम इनवेसिव सर्जिकल संदंश

चीन एक बड़ी आबादी वाला देश है, और उम्र बढ़ने की घटना अधिक से अधिक गंभीर होती जा रही है। इसके अलावा, आर्थिक विकास की पिछली खोज ने पर्यावरण को अत्यधिक नुकसान पहुंचाया है, जिससे लोगों की स्वास्थ्य समस्याओं को भारी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है और पूरे समाज में चिकित्सा उत्पादों की मांग को बढ़ावा मिलता है।

 

गुणवत्ता में सुधार कैसे करें और चिकित्सा उत्पादों की लागत कैसे कम करें, यह घरेलू और विदेशी विद्वानों के लिए एक शोध विषय रहा है। चिकित्सा उत्पादों की मांग बड़ी है, और कई उत्पादों की संरचना भी बहुत परिष्कृत है, इसलिए पारंपरिक उत्पादन को बदलने के लिए एक नई निर्माण तकनीक की आवश्यकता है।

 

धातु इंजेक्शन मोल्डिंग(एमआईएम) एक नई नियर नेट फॉर्मिंग तकनीक है, जो थोड़े समय में बैचों में जटिल आकार वाले उत्पादों का उत्पादन कर सकती है। यह चिकित्सा उत्पादों की निर्माण आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है और एक आदर्श निर्माण विधि बन सकता है।

 

1 एमआईएम तकनीक

1.1 एमआईएम प्रौद्योगिकी की तकनीकी प्रक्रिया

एमआईएम 20वीं शताब्दी में तेजी से विकसित होने वाली करीब नेट बनाने की प्रक्रिया है। सामान्य प्रक्रिया है: पाउडर प्लस बाइंडर → मिक्सिंग → इंजेक्शन मोल्डिंग → डीग्रीज़िंग → सिंटरिंग।

सबसे पहले, बहुलक और पाउडर को पर्याप्त तरलता, समान मिश्रण और कुछ शर्तों के तहत इंजेक्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए फ़ीड का उत्पादन करने के लिए मिश्रित किया जाता है। दूसरे, इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए उपयुक्त इंजेक्शन तापमान, इंजेक्शन दबाव, इंजेक्शन की गति और अन्य प्रक्रिया मापदंडों का चयन किया जाता है। फिर, इंजेक्शन ब्लैंक में बाइंडर को हटा दिया जाता है और पाउडर के मेटलर्जिकल बॉन्डिंग बनाने के लिए पाप किया जाता है। अंत में, योग्य भाग प्राप्त होते हैं।

 

1.2 एमआईएम प्रौद्योगिकी की विशेषताएं

एमआईएम पुर्जों के लिए नेट बनाने की एक नई तकनीक है, जो प्लास्टिक बनाने की तकनीक, बहुलक रसायन, पाउडर धातु विज्ञान प्रौद्योगिकी, धातु सामग्री और अन्य विषयों को जोड़ती है। इसकी निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

① एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग करके गठित भागों को अनुवर्ती प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है या बहुत कम अनुवर्ती प्रसंस्करण होती है। उच्च सामग्री उपयोग दर के साथ, वे नेट बनाने वाली तकनीक के निकट हैं और उच्च-प्रदर्शन और जटिल आकार के भागों का उत्पादन कर सकते हैं।

② फ़ीड की भरने की प्रक्रिया और उत्पादों के सिंटरिंग को कंप्यूटर द्वारा सिम्युलेट किया जा सकता है, और इस प्रक्रिया को सर्वोत्तम डिजाइन योजना प्राप्त करने के लिए प्रारंभिक चरण [1-2] में अनुकूलित किया जा सकता है।

③ इंजेक्शन प्रक्रिया के दौरान, गुहा में प्रत्येक बिंदु का दबाव बराबर होता है, और फ़ीड के समान मिश्रण के आधार पर घनत्व हर जगह बराबर होता है, इसलिए कोई घनत्व ढाल नहीं होगा, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करना आसान है .

 

2 चिकित्सा उत्पादों में एमआईएम प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

2.1 एमआईएम प्रौद्योगिकी द्वारा निर्मित चिकित्सा उत्पाद

चिकित्सा उत्पादों को आम तौर पर अच्छी प्रयोज्यता और लंबे समय तक सेवा जीवन, और संरचना और आकार के डिजाइन [3] में लचीले डिजाइन की आवश्यकता होती है।

1980 के दशक की शुरुआत में, एमआईएम तकनीक को पहली बार चिकित्सा उत्पादों में लागू किया गया था, और यह एमआईएम बाजार का सबसे तेजी से बढ़ता क्षेत्र बन गया है।

चित्र 1 2015 [4] में उत्तरी अमेरिका में विभिन्न उद्योगों में एमआईएम प्रौद्योगिकी के अनुपात को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि चिकित्सा उपचार और दंत चिकित्सा उत्तरी अमेरिका में एमआईएम के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र बन गए हैं।

वर्तमान में, अधिकांश मेडिकल एमआईएम उत्पाद स्टेनलेस स्टील से बने हैं, मुख्य ब्रांड 316L और 17-4PH हैं; टाइटेनियम मिश्र धातु, मैग्नीशियम मिश्र धातु, सोना, चांदी, टैंटलम, आदि [5] भी हैं।

 

2.1.1 ऑर्थोडोंटिक ब्रैकेट

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेड द्वारा उत्पादित ऑर्थोडोंटिक ब्रैकेट

एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग पहली बार कुछ दंत आर्थोपेडिक उपकरणों को बनाने के लिए चिकित्सा उपचार में किया गया था। ये सटीक उत्पाद आकार में बहुत छोटे हैं और इनमें अच्छी जैव-अनुकूलता और संक्षारण प्रतिरोध है। उपयोग की जाने वाली मुख्य सामग्री 316L स्टेनलेस स्टील है। एमआईएम उद्योग में ऑर्थोडोंटिक ब्रैकेट अभी भी मुख्य उत्पाद हैं।

फॉरेस्टडेंट, एक जर्मन कंपनी, ने एमआईएम प्रौद्योगिकी के साथ दो-तरफा हुक वाले ऑर्थोडोंटिक ब्रैकेट का उत्पादन किया है। यांत्रिक प्रतिधारण बल को 30 प्रतिशत तक बढ़ाया जा सकता है। एमआईएम के साथ एक बार बनाने के बाद चमकाने से ब्रैकेट और आर्क वायर के बीच घर्षण कम हो सकता है। ब्योर्न लुडविग द्वारा ऑर्थोडोंटिक सर्जरी [6] में सकारात्मक भूमिका निभाने के लिए इस उत्पाद की पुष्टि की गई है।

 

2.1.2 सर्जिकल उपकरण

 

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेड द्वारा उत्पादित सर्जिकल उपकरण

उच्च शक्ति, कम रक्त प्रदूषण और आक्रामक कीटाणुशोधन प्रक्रियाओं को प्राप्त करने में सक्षम होने के लिए सर्जिकल उपकरणों की आवश्यकता होती है। एमआईएम प्रौद्योगिकी का डिजाइन लचीलापन अधिकांश शल्य चिकित्सा उपकरणों के आवेदन को पूरा कर सकता है। वहीं, इसमें तकनीक के फायदे भी हैं। यह कम लागत पर विभिन्न धातु उत्पादों का निर्माण कर सकता है। यह धीरे-धीरे पारंपरिक उत्पादन तकनीक को मुख्य निर्माण विधि के रूप में बदल रहा है।

 

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेड ने MIM तकनीक का उपयोग करके एक प्रकार का स्टेनलेस स्टील पंजा [7] विकसित किया है, जो 17-4PH स्टेनलेस स्टील से बना है और इसका घनत्व 7.5g/cm3 से अधिक है। यह सर्जरी के दौरान मानव शरीर में वस्तुओं को पकड़ने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और चिमटी का कार्य करता है। इसका डिज़ाइन काफी जटिल है और इसके लिए उच्च उत्पादन सटीकता की आवश्यकता होती है।

 

एमआईएम प्रौद्योगिकी के गठन के बाद सिंटरिंग एक उच्च सहिष्णुता स्तर तक पहुंच सकता है, और पंजा के रैखिक और ज्यामितीय आकार को नुकसान पहुंचाने से बचने के लिए बाद में बड़ी संख्या में उपचार प्रक्रियाओं की आवश्यकता नहीं होती है।

 

कास्टिंग या मशीनिंग द्वारा जटिल आकार के साथ इस तरह के स्टेनलेस स्टील के पंजे का उत्पादन करना मुश्किल है, जिसके लिए लंबे उत्पादन चक्र और उच्च लागत की आवश्यकता होती है। इसे बनाने में एमआईएम तकनीक के इस्तेमाल से लागत में 60 फीसदी तक की बचत हो सकती है।

 

डिस्पोजेबल सर्जिकल टूल्स को ऐसी प्रक्रिया विकसित करने की आवश्यकता है जिसे कम लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सके। स्मिथ मेटल प्रोडक्ट्स कं, लिमिटेड एक शाफ्ट असेंबली [8] का उत्पादन करने के लिए एमआईएम तकनीक का उपयोग करता है, जिसका उपयोग एक नए प्रकार के डिस्पोजेबल सर्जिकल उपकरणों में किया जाता है। स्विस सीएनसी मशीन टूल की लागत केवल 1/4 से 1/5 है, घनत्व 7.5 g/cm3 है, परम तन्य शक्ति 1190MPa तक पहुंचती है, उपज शक्ति 1090MPa, बढ़ाव 6.0 है प्रतिशत, और अधिकतम कठोरता 33 एचआरसी है।

 

इस उत्पाद की निर्माण प्रक्रिया इस प्रकार है: पहले, दो 178 मिमी लंबे शाफ्ट भागों को एमआईएम प्रौद्योगिकी द्वारा बनाया जाता है, फिर दो भागों को लेजर वेल्डेड किया जाता है, और फिर बाद की मशीनिंग और गर्मी उपचार किया जाता है। अच्छी सहनशीलता की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए शॉट पीनिंग और पैसिवेशन की भी आवश्यकता होती है।

 

2.1.3 घुटने के प्रत्यारोपण के पुर्जे

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेड द्वारा उत्पादित घुटने की हड्डी प्रत्यारोपण भागों

मानव आरोपण के क्षेत्र में एमआईएम प्रौद्योगिकी की प्रगति अपेक्षाकृत धीमी है, मुख्यतः क्योंकि उत्पादों के प्रमाणन और स्वीकृति के लिए लंबी अवधि की आवश्यकता होती है।

 

वर्तमान में, एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग उन भागों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है जो आंशिक रूप से हड्डियों और जोड़ों को प्रतिस्थापित करते हैं, और उपयोग की जाने वाली धातु सामग्री मुख्य रूप से टीआई मिश्र धातु [9] है।

 

बायोकम्पैटिबिलिटी के संदर्भ में, चेन लियांगजियान एट अल। [10] एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हुए 60 प्रतिशत की सरंध्रता के साथ झरझरा टाइटेनियम तैयार किया, और एक बेहतर संघनन पोलीमराइजेशन क्रॉसलिंकिंग विधि का उपयोग करके जिलेटिन निरंतर-रिलीज माइक्रोस्फीयर तैयार किया और उन्हें झरझरा टाइटेनियम की सतह पर लेपित किया।

 

परिणामों से पता चला कि जिलेटिन सस्टेन्ड-रिलीज़ माइक्रोस्फीयर कोटेड झरझरा टाइटेनियम में कोई साइटोटोक्सिसिटी नहीं थी और इसे चिकित्सा प्रत्यारोपण के लिए एक अच्छी सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

 

कैनेडियन मैटासाइंसेज इंक ने मानव प्रत्यारोपण के लिए घुटने के नमूने के हिस्सों का उत्पादन करने के लिए Ti-6Al-4V का सफलतापूर्वक उपयोग किया है [11]। इम्प्लांट मुख्य रूप से मानव शरीर में प्रवेश करने के बाद दबाव सहन करता है और इसकी जैव अनुकूलता अच्छी होती है। एमआईएम बनाने के बाद, गर्म आइसोस्टैटिक प्रेसिंग की जाती है, इसके बाद बेहतर सतह प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए शॉट पीनिंग, पॉलिशिंग और एनोडाइजिंग किया जाता है, मानव शरीर के साथ घर्षण कम होता है, और अनुकूलता और सेवा जीवन में सुधार होता है।

 

2.1.4 हियरिंग एड साउंड पाइप

Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd द्वारा निर्मित हियरिंग एड शेल पार्ट्स

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेड द्वारा निर्मित हियरिंग एड ट्यूब

एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग विभिन्न चिकित्सा उपकरणों के पुर्जों के उत्पादन के लिए भी किया जा सकता है।

 

इंडो एमआईएम कंपनी जर्मनी में फोनाक कंपनी [12] के लिए हियरिंग एड साउंड ट्यूब बनाने के लिए एमआईएम तकनीक का उपयोग करती है, जिसका ध्वनि दर में सुधार और श्रवण को बढ़ावा देने का प्रभाव है।

 

इस तरह की हियरिंग एड साउंड ट्यूब को जटिल आकार के साथ एमआईएम बनाने के बाद सिंटरिंग द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। साउंड ट्यूब की सतह को चिकना बनाने के लिए, बाद में ग्लास बीड सैंड ब्लास्टिंग प्रक्रिया से गुजरना आवश्यक है।

 

ध्वनिक ट्यूब का घनत्व 7.65 ग्राम / सेमी 3 से अधिक है, अधिकतम तन्य शक्ति 480 एमपीए, उपज शक्ति 150 एमपीए, बढ़ाव 45 प्रतिशत और अधिकतम सतह कठोरता 100 एचआरबी तक पहुंच सकती है। एमआईएम तकनीक पहले की पारंपरिक उत्पादन प्रक्रिया की तुलना में लागत को 20 प्रतिशत तक कम कर सकती है।

 

एमआईएम तकनीक का उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में कई उत्पादों का उत्पादन करने के लिए भी किया जा सकता है, जिसमें इंटरवेंशनल थेरेपी स्टेंट, टंगस्टन उच्च घनत्व मिश्र धातु सिरिंज का विकिरण परिरक्षण, माइक्रोसर्जरी मैनिपुलेटर, माइक्रो पंप एंडोस्कोप पार्ट्स और ड्रग इनहेलर [13] शामिल हैं।

2.2 नई एमआईएम तकनीक चिकित्सा उत्पादों पर लागू होती है

 

2.2.1 मेटल माइक्रो इंजेक्शन मोल्डिंग

मेटल माइक्रो इंजेक्शन मोल्डिंग, μ MIM) जर्मनी में IFAM रिसर्च इंस्टीट्यूट द्वारा विकसित एक फॉर्मिंग तकनीक है, जो माइक्रोमीटर स्तर तक के आयामों के साथ भागों की तैयारी के लिए MIM तकनीक को व्यवस्थित रूप से लागू करना है।

 

आम तौर पर μ एमआईएम का उपयोग दो प्रकार के उत्पादों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है:

 

① माइक्रोमीटर के आकार और कई मिलीग्राम के द्रव्यमान वाले भाग;

② भाग की उपस्थिति का आकार पारंपरिक इंजेक्शन मोल्डिंग भाग के आकार के समान है, लेकिन स्थानीय संरचना का आकार माइक्रोमीटर स्तर तक है।

हाल के वर्षों में, माइक्रो इंजेक्शन मोल्डिंग इंजेक्शन मोल्डिंग के क्षेत्र में एक शोध हॉटस्पॉट बन गया है। लघुकरण की दिशा में आधुनिक मशीनरी के विकास के साथ, सूक्ष्म इंजेक्शन मोल्डिंग का अनुप्रयोग अधिक से अधिक व्यापक होगा [14]।

वर्तमान में, कार्लस्रुहा रिसर्च सेंटर में μ MIM तकनीक को सफलतापूर्वक चिकित्सा उपकरणों [15] के सूक्ष्म भागों के उत्पादन के लिए लागू किया गया है, जैसे कि स्पेक्ट्रोमीटर, अनुमापन प्लेट, आदि। उत्पाद की संरचना का आकार माइक्रोन स्तर तक पहुँच गया है, और न्यूनतम दीवार की मोटाई 50 μ मीटर है।

चित्र 2 जर्मनी में IFAM के उपयोग को दर्शाता है μ सर्जिकल ऑपरेशन के लिए MIM तकनीक द्वारा निर्मित सिवनी एंकर [16] केवल मैच हेड के आकार का है।

 

2.2.2 धातु सह इंजेक्शन मोल्डिंग

धातु सह इंजेक्शन मोल्डिंग (सीओ एमआईएम), 1990 के दशक में उत्पन्न हुआ, एक सैंडविच प्रकार पाउडर इंजेक्शन मोल्डिंग तकनीक है।

यह प्रक्रिया एक साथ या बैचों में एक समग्र इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए विभिन्न विशेषताओं के साथ दो सामग्रियों को मोल्ड में इंजेक्ट करने के लिए है। यह धातु सामग्री और एक सामग्री को एक ही हिस्से में पूरी तरह से अलग गुणों के साथ जोड़ सकता है।

कार्यक्षमता और जटिल आकार के साथ कोर / खोल संरचना इस विधि से प्राप्त की जा सकती है, और बाद की प्रक्रियाओं जैसे कोटिंग, गर्मी उपचार और उत्पादों की असेंबली की आवश्यकता नहीं होती है। अंत में, कार्यात्मक ढाल सामग्री तैयार करने के लिए एक प्रक्रिया को महसूस किया जा सकता है, जो प्रक्रिया को बहुत कम करता है और लागत को कम करता है।

 

सह एमआईएम प्रौद्योगिकी कार्यात्मक भागों के विकास और डिजाइन के लिए एक नया विचार प्रदान करती है। ली यिमिन एट अल। [17] सह एमआईएम प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हुए एक नई जैविक प्रत्यारोपण संरचना का प्रस्ताव किया है, जो घने कॉर्टिकल हड्डी संरचनाओं और बाहरी छिद्रों और आंतरिक छिद्रों के साथ रद्द हड्डी संरचनाओं में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

 

यह संरचना इम्प्लांट हड्डी और आसपास की हड्डी संरचना के बीच इंटरफेस तनाव संचरण के लिए अनुकूल है। कई बाहरी परतें हैं, ताकना संरचना का छिद्र मात्रा अनुपात 5 प्रतिशत ~ 60 प्रतिशत है, और सबसे बड़ा ताकना 400 μ मीटर है।

 

3 आउटलुक

धातु और सिरेमिक इंजेक्शन मोल्डिंग पर BCCresearch के हालिया बाजार अनुसंधान के अनुसार, धातु और सिरेमिक इंजेक्शन ढाले भागों का वैश्विक बाजार मूल्य 2022 में 2.5 बिलियन डॉलर से बढ़कर 2028 में लगभग 3.9 बिलियन डॉलर हो जाएगा, जिसकी औसत वार्षिक वृद्धि दर 11.4 प्रतिशत है।

साथ ही, ऑटोमोबाइल बिक्री में गिरावट के साथ, एमआईएम प्रौद्योगिकी चिकित्सा, एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य क्षेत्रों में अधिक प्रवेश करेगी।

यूरोपीय पाउडर धातुकर्म उद्योग रोडमैप के नए संस्करण में, यूरोपीय पाउडर धातुकर्म संघ ने बताया कि चिकित्सा बाजार इंजेक्शन मोल्डिंग उद्योग का एक अत्यंत महत्वपूर्ण हिस्सा है [18]।

बाजार के निरंतर विस्तार के साथ, चिकित्सा क्षेत्र में एमआईएम प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग अधिक से अधिक गहन होगा, और एमआईएम प्रौद्योगिकी पर आधारित विभिन्न नई सामग्री और प्रक्रियाएं भी लगातार विकसित होंगी।

अल्ट्रासोनिक स्केलपेल सिर

Qinhuangdao Zhongwei प्रेसिजन मशीनरी कं, लिमिटेडअब विभिन्न प्रकार के चिकित्सा उपकरण एमआईएम उत्पादों के उत्पादन में समृद्ध अनुभव के साथ एक शक्तिशाली निर्माता है। भविष्य में, यह चिकित्सा उपकरण उद्योग में धातु पाउडर इंजेक्शन मोल्डिंग सटीक उत्पादों के लिए और अधिक प्रयास करेगा।

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