在技术上具有挑战性的医疗器械部件中，一种被称为“肩胛盂假体基座”的零件占据了重要位置。作为人工肩关节的核心组成部分，它们直接影响患者的生活质量。然而，对于技术人员来说，挑战在于设计一个既能确保过程安全、满足高质量要求，又能在经济上具有可行性的制造流程。

肩胛盂假体基座是人工肩关节假体的一部分，由Ti6Al4V ELI（3.7165）制成，这是一种具有高抗腐蚀性和优异生物相容性的钛合金，因此成为医疗技术中首选的材料。

三种制造工艺的竞争

为了评估这一复杂部件的最佳生产方式，Mikron Tool与其技术合作伙伴DMG MORI和Motorex共同开发了三种不同的制造工艺，并在可行性、生产效率和成本效益方面进行了全面比较。以下是这三种工艺的特点：

■机加工。如果部件采用切削制造，额外需要施加一层涂层以支持骨整合。

■3D打印。在这种工艺中，部件表面已经具备了理想的骨整合结构，因此不需要上述额外处理。然而，仍需要通过机加工去除支撑结构，并进行表面处理。

■ 混合制造。这是机加工与3D打印的结合。

Mikron Tool及其技术合作伙伴关注的关键问题是：混合制造能否在医疗技术中作为成熟的实践？为了解答这一问题并进行相关测试，DMG MORI为Mikron Tool的技术和应用中心提供了一台Lasertec 30 Dual SLM用于3D打印。此外，NTX 1000车铣复合加工中心和DMP 70立式加工中心也被用于模拟完整的混合批量生产链。Mikron Tool在其最新的Medical Days活动中向专业观众展示了这种新开发的工艺。

肩胛盂假体基座的几何形状复杂，材料也非常难以加工。其靠近肩胛骨的表面必须具备多孔结构，以提供骨骼良好生长的基质。假体中央有一个空心柱，通过过盈配合固定在肩盂球上。它作为假体在骨骼中的固定物，需要具备特定的表面结构以支持骨整合。

为了确保在高经济性下达到所需的最终质量，Mikron Tool与其技术合作伙伴开发了一个优化的工作流程，要求将机器设备进行协调配合。零件编程及工艺间的接口在其中扮演了关键角色。CAD/CAM软件Esprit与3D打印软件Celos的结合实现了3D打印与机加工的无缝集成。

机加工与3D打印良好协作

根据机加工/3D打印测试系列的结果，Mikron Tool与其技术合作伙伴决定在第一阶段使用硬质合金刀具（CrazyTools）在车铣中心连续加工出带有螺纹孔和中央螺纹孔的平面基体。第二阶段使用SLM工艺在预加工的基体平面上直接构建空心柱和植入物表面。这种方法旨在减少材料使用和生产时间，另一个优点是，相比于纯3D打印，后处理时间显著减少。

直接在平整的基体上通过SLM工艺生成植入物表面，然后构建空心柱。

Mikron Tool开发的混合制造工艺使得三台机器每周可生产560件零件。

与后续涂层的纯机加工和完全采用选择性激光融化（SLM）工艺的3D打印相比，最终证明混合工艺在经济性和质量上都表现最佳。在生产1000件的情况下，混合制造与机加工加涂层相比节省了4%的成本，与3D打印加后处理相比节省了9%。

混合工艺的第三步是在加工中心上进行精加工和螺纹铣削。完成后，零件即为成品。

混合制造

毫无疑问，纯3D打印将在LEYU乐鱼对金属加工行业的一系列生产工艺产生重大影响。其中一个优势在于其巨大的几何自由度，这使得可以制造出用机加工艺难以或根本无法实现的零件形状和结构。

在3D打印与机加工的结合中，经济效益高度依赖于零件的具体要求。在这个项目中，3D打印的植入物表面具有优越的骨整合特性。它不仅更耐用，而且比涂层具有更稳定的结构。

与机加工相比，SLM工艺的尺寸精度较低，因此无法完全排除后处理的需要。机加工精度LEYU乐鱼0.005mm甚至更高。此外，切削工艺的重复性更高，能够产生优异的表面光洁度。尽管如此，根据Mikron Tool的说法，新的混合制造工艺有望在技术和经济性方面树立新的标准。