医疗及PEEK的加工成型

医疗级 PEEK（聚醚醚酮）的加工成型需兼顾材料的高性能特性（如耐高温、高结晶性）和医疗产品的精密性、洁净度要求。其加工方法多样，需根据产品结构复杂度、尺寸精度及批量需求选择合适工艺。以下是主要加工成型方式及关键要点：

一、注塑成型：适合批量生产的精密部件

注塑成型是医疗级 PEEK 最常用的加工方式之一，适用于结构相对规整、批量较大的产品（如脊柱融合器、牙科基台等）。

• 工艺原理：将 PEEK 颗粒在高温下熔融，通过注塑机将熔体注入模具型腔，冷却固化后得到成型件。

• 关键参数：

• 温度控制：PEEK 熔点约 343℃，注塑温度需设定在 360-400℃（根据牌号调整），模具温度需保持在 140-180℃（促进结晶，避免内应力）。

• 压力与速度：注射压力通常为 80-150MPa，需避免因压力不足导致的填充不满或气泡缺陷。

• 洁净要求：使用专用注塑机（避免与其他材料交叉污染），原料需提前干燥（120℃下干燥 4-6 小时，去除水分以防水解）。

• 优势：生产效率高，适合规模化生产；可一次成型复杂结构（如带孔、凹槽的部件）。

• 局限性：模具成本高，适合批量产品；对薄壁、异形结构的填充难度较大。

二、机加工（切削加工）：适合高精度、小批量部件

机加工是医疗级 PEEK 个性化定制和精密部件加工的核心方式，尤其适用于骨科植入体、手术器械等对尺寸精度要求极高的产品。

• 常用工艺：

• 铣削：加工平面、曲面或复杂轮廓（如脊柱融合器的多孔结构）。

• 车削：加工圆柱形部件（如牙科种植体基台、髓内钉）。

• 钻孔 / 镗孔：制作贯穿孔或阶梯孔（如接骨板的螺钉孔）。

• 关键要点：

• 刀具选择：使用硬质合金（如 WC-Co）或金刚石涂层刀具，避免高速切削时的摩擦热导致材料熔融（PEEK 导热性较差，易积热）。

• 切削参数：切削速度通常为 50-150m/min，进给量 0.05-0.2mm/r，需使用冷却剂（如矿物油）降低温度，防止材料变形。

• 精度控制：PEEK 冷却后可能因结晶收缩产生微小变形（收缩率约 1.5-2.5%），需通过预留加工余量或二次精修补偿。

• 优势：灵活性高，可加工小批量、个性化产品；尺寸精度可达 ±0.01mm，满足医疗植入体的精密要求。

• 局限性：加工效率低，成本较高；对复杂内腔结构的加工难度大。

三、3D 打印（增材制造）：个性化与复杂结构的理想选择

3D 打印技术为医疗级 PEEK 的个性化植入体（如颅骨修补片、定制化脊柱融合器）提供了革命性解决方案，尤其适合匹配患者解剖结构的复杂产品。

• 主流技术：

• 熔融沉积成型（FDM）/ 熔融丝材制造（FFF）：将 PEEK 丝材通过喷嘴加热至熔融状态（380-400℃），逐层堆积成型。

• 选择性激光烧结（SLS）：使用激光将 PEEK 粉末逐层烧结（烧结温度约 370-390℃），适合多孔结构或内部复杂通道的产品。

• 关键挑战：

• 温度控制：需在惰性气体（如氮气）保护下进行，避免高温下材料氧化；打印舱温度需维持在 160-200℃（减少冷却收缩导致的翘曲）。

• 材料纯度：3D 打印用 PEEK 粉末或丝材需符合医疗级标准（低杂质、无析出物），避免打印过程中引入污染物。

• 后处理：打印后需进行退火处理（180-200℃下保温 2-4 小时），消除内应力；表面需打磨或抛光以提高光洁度（减少细菌附着风险）。

• 优势：可实现个性化定制（根据患者 CT/MRI 数据直接建模）；轻松制造传统工艺难以实现的多孔结构（如骨小梁仿生结构，促进骨整合）。

• 局限性：设备成本高，打印速度慢；表面粗糙度较高，需后处理优化。

四、其他加工方式

• 压缩成型（模压成型）：将 PEEK 粉末或预浸料放入模具，在高温（370-400℃）高压（10-30MPa）下压制固化，适合厚壁部件或复合材料（如碳纤维增强 PEEK）的成型。

• 挤出成型：用于生产管材、棒材等型材（如手术器械的导管、骨科固定棒），通过螺杆将熔融 PEEK 挤入模具，冷却后切割。

• 焊接：通过热风焊接、超声波焊接等方式连接 PEEK 部件（如大型植入体的组装），需控制温度避免材料降解。

医疗级 PEEK 加工的核心原则

1. 洁净度控制：所有加工环节需在洁净环境（如 Class 8 洁净室）中进行，避免灰尘、油污污染（影响生物相容性）。

2. 材料稳定性：加工过程中严格控制温度和时间，防止 PEEK 因高温（超过 420℃）发生降解（产生有毒物质）。

3. 精度与一致性：医疗产品需符合 ISO 13485 质量管理体系，加工后需通过三坐标测量、金相分析等验证尺寸和内部质量。

医疗级 PEEK 的加工成型是材料特性与工艺技术的结合，需根据产品需求平衡效率、精度和成本，尤其在个性化医疗趋势下，3D 打印与机加工的结合正成为主流方向，既满足定制化需求，又保证最终产品的安全性和可靠性。