Trang thiết bị ý khoa bao gồm các dụng cụ ý tế, thiết bị đo, hoặc các trang thiết bị chuyên dùng để chẩn đoán, làm dịu bớt, hỗ trợ hoặc điều trị bệnh tật. Chúng có độ phức tạp biến thiên, từ các sản phẩm đơn giản như thanh đè lưỡi để quan sát họng, chỉ phẫu thuật, cho đến các thiết bị rất phức tạp, chẳng hạn máy lọc thận, thiết bị khử rung, van tim nhân tạo, hệ thống chẩn đoán hình ảnh.

Sự chế tạo loại trang thiết bị này đang đứng trước nhu cầu ngày càng tăng. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất truyền thống thường phụ thuộc vào công nghệ gia công cắt gọt và khuôn mẫu để tạo ra một số lượng giới hạn các kết cấu và hình dạng. Đây là lý do để các bộ phận có thiết kế phức tạp và yêu cầu cao về kỹ thuật phải được chế tạo từ các chi tiết đơn giản hơn và lắp ghép với nhau, từ đó phát sinh nhu cầu ứng dụng các công nghệ sản xuất tiên tiến.

Tiến bộ trong gia công cắt gọt
Dù hiện nay đang xuất hiện các công nghệ sản xuất tiên tiến, nhưng vẫn có các tiến bộ trong các phương pháp truyền thống sản xuất trang thiết bị y khoa.

Ví dụ, quy trình cắt gọt kiểu cũ, đã có nhiều cải tiến về độ chính xác. Chẳng hạn, công ty Personna Industrial có các cánh chính xác cho môi trường phòng sạch (vô trùng) và sản xuất trang thiết bị ý khoa. Hệ thống này có bộ phân phối cánh đơn an toàn chứa đến 100 cánh. Bộ phân phối có ngăn chứa để lưu giữ các cánh đã sử dụng.

Nhà sản xuất máy chuyên dùng, Schober Technologies, có dụng cụ cắt áp suất chính xác, sử dụng bề mặt đệm. Áp dụng cắt được điều chỉnh một cách chủ động thông qua bộ điều khiển điện tử, đặc biệt khi đầu cắt khuôn được động cơ servo truyền động vào vị trí đối diện với đe hình trụ.

Tín hiệu hồi tiếp từ động cơ servo được giám sát liên tục để duy trì lực cắt không đổi giữa đầu cắt khuôn và đe hình trụ. Điều này có nghĩa là chất lượng cắt không bị tác động từ sự biến thiên tốc độ của khung sườn. Theo Schober, hệ thống này cho phép tăng năng suất, cung cấp dữ liệu cài đặt dễ tái tạo và thay đổi nhanh.

Kiểm tra các chi tiết y khoa
Kiểm tra các chi tiết y khoa hoàn tất cũng có vai trò rất quan trọng. Với các yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt, hệ thống kiểm tra chất lượng thiết bị y khoa phải được coi là phương tiện đặc biệt để đạt được các yêu cầu kỹ thuật. Một lĩnh vực chuyên biệt là công nghệ tia X chuyên nghiệp.

Bên cạnh tia X, các đo đạc quang học truyền thống cũng được cải thiện rõ rệt. Phép đo topo bề mặt biên dạng quang 3D không tiếp xúc, các cấu trúc nano và chiều dày màng mỏng có thể đạt được với độ phân giải 0.1µm theo chiều ngang và 0.01µm theo chiều đứng.

Ví dụ, Plu neox của công ty Sensorfar, sử dụng tổ hợp các kỹ thuật quét đằng tiêu cự, giao thoa dịch chuyển pha, giao thoa quét theo chiều đứng và phản xạ quang phổ trong cùng một đầu cảm biến đơn.

Thiết kế này có nhiều cải tiến và các công nghệ tiên tiến, chẳng hạn cảm biến CCD phân giải cao với trường nhìn lớn hơn 50%. Kế tiếp là hệ thống Q-six, kiểm tra các bộ phận y khoa cấy ghép, sử dụng cả hình ảnh 2D và 3D để phân tích cấu trúc ống stent. Các chức năng khác của Q-six bao gồm đánh giá các đặc tính cạnh biên, tạo khả năng phân loại và dò tìm khuyết tật tự động.

Tương lai
Công nghiệp chế tạo trang thiết bị y khoa là hệ thống sinh thái, trong đó tiến bộ công nghệ y khoa yêu cầu các cải tiến trong hệ thống sản xuất, và công nghệ sản xuất mới mở ra các khả năng về trang thiết bị mới. Sự xuất hiện các vật liệu mới, các chuyên ngành công nghiệp mới, sẽ tiếp tục làm tăng thêm tốc độ và tính phức tạp của công nghệ.

Ví dụ, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe lưu động mở ra các thị trường mới, trang thiết bị chẩn đoán/trị liệu thích hợp, cho các nhà sản xuất. Do các tiến bộ này, hệ thống sản xuất phải nhịp bước đồng hành cùng với tiến bộ ứng dụng trong trang thiết bị y khoa, đáp ứng các thay đổi nhanh chóng và các yêu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực công nghiệp này. Các năng lực sản xuất liên tục phát triển, trong tương lai gần, sẽ cung cấp cảnh quan mới về trang thiết bị y khoa phong phú hơn và đa dạng hơn.

In 3D trong công nghiệp y khoa

In 3D, còn gọi là sản xuất cộng thêm, (AM), là quy trình tạo ra vật thể 3D từ mô hình (kỹ thuật) số. Công nghệ này có khả năng tạo ra các chi tiết có tính toàn vẹn cấu trúc, tính linh hoạt và độ bền cao hơn.

Yếu tố linh hoạt mở ra khả năng sử dụng công nghệ sản xuất cộng thêm trong nhiều bộ phận của kỹ thuật y khoa, bao gồm trang thiết bị phẫu thuật, các bộ phận giả, các kỹ thuật mô và cấy ghép. Tạo ra các vật thể thông qua sản xuất cộng thêm (in 3D) cũng nhanh hơn và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của khách hàng khi so sánh với các công nghệ khác. Các  giải pháp, có thể nói là phức tạp về kỹ thuật, có thể được cung cấp một cách nhanh chóng bằng cách sử dụng dữ liệu CAD. Ưu thế này trong chế tạo thiết bị y khoa có lẽ còn quan trọng hơn so với các kiểu sản xuất khác.

Các chuyên gia phẫu thuật ở Đại học Michigan đưa ra một ví dụ minh chứng cho tốc độ của công nghệ này. Họ đã thiết kế và triển khai thành công thanh nẹp phế quản bằng công nghệ in 3D, cứu sống một cháu bé sơ sinh. Họ tạo ra mô hình 3D của khí quản bệnh nhân và thiết kế các thanh nẹp đặc biệt lấp khớp vào phế quản của cháu bé.

Từ mô hình này, họ tạo ra thanh nẹp khí quản đặc thù của bệnh nhân thông qua in 3D dựa trên laser sử dụng polymer kép polycaprolactone. Các thanh nẹp in 3D này được cấy vào để đỡ khí quản và phế quản, các bộ phận chính của đường thở.

Nhu cầu chế tạo nhanh các bộ phận cấy ghép chuyên biệt cũng được đặt ra và đang tăng nhanh. Theo báo cáo nghiên cứu mới từ tạp chí Transparency Market Research, thị trường toàn cầu về in 3D trong các ứng dụng y khoa được đánh giá là 354,5 triệu USD năm 2012 và dự đoán tăng trưởng theo chỉ số CAGR (tỷ suất tăng trưởng tổng hợp hằng năm) là 15,4% từ năm 2013 đến năm 2019, và vào năm 2019 sẽ đạt 965,5 triệu USD.

Hiện tại, in 3D sử dụng nhiều vật liệu chất dẻo và kim loại khác nhau, nhưng nghiên cứu đang hướng đến các công nghệ và vật liệu tiên tiến hơn, chẳng hạn gốm có khả năng bị phân hủy bằng sinh học. Trong thực tế, khả năng tồn tại các tế bào gốc có thể được sử dụng trên các polymer sinh học để in các cơ quan sinh học. In các động mạch, da và thậm chí cả trái tim hoặc quả thận… trong tương lai hoàn toàn có thể trở thành hiện thực.

5ME: lưu chất gia công cắt gọt hiệu suất cao

Lưu chất gia công cắt gọt kim loại tổng hợp 5ME’s Cyclo Cool 900 series sử dụng công thức pH gần trung tính được phát triển để đáp ứng các yêu cầu gia công tải nặng, sinh nhiệt nhiều với giá thành thấp hơn so với loại dầu hòa tan và bán tổng hợp.

Lưu chất tạo bọt thấp, không có chất phụ gia, được thiết lập công thức để gia công cắt gọt titan, hợp kim inconel, hợp kim đồng beri, thép đã tôi, thép không rỉ, và các loại hợp kim chuyên biệt khác. Chất trơn nguội tổng hợp dựa trên cation chứa các chất bôi trơn biên chuyên biệt, xuyên thấu qua biên nhiệt ở vùng cắt gọt, kể cả với áp suất lưu chất hơi thấp (300-400 psi), để hấp thu nhiệt từ dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm giảm tối đa công biến cứng mũi dao và sự mòn lưỡi cắt sớm.

Series lưu chất này được thiết kế cho hệ thống phân phối qua dụng cụ cắt, tạo bọt thấp, áp suất cao lên đến 2.000 psi, cũng như chất trơi nguội kiểu ngập lụt để rửa trôi phoi cắt.

Delcam: giải pháp CAM với các tùy chọn năm – trục
Phiên bản 2014R2 của phần mềm Delcam’s PowerMill CAM dùng cho gia công năm trục và tốc độ cao gồm các tùy chọn để gia công các chi tiết và các dụng cụ với độ chính xác và tốc độ cao chưa từng thấy.

Loạt các cải tiến đối với chiến lược hiệu suất cao Vortex của nhà lập trình cũng được gộp trong phiên bản này. Các bổ sung quan trọng nhất đối với gia công năm – trục là hộp thoại cho phép theo dõi vị trí dụng cụ cắt, và thanh công cụ để mô phỏng và điều chỉnh cấu hình và trục dao của máy 2 + 3 hoặc thiết bị bất kỳ với các trục quay theo số gia. Bổ sung kế tiếp là phần plug-in, cung cấp đồ thị các trục quay và trục tuyến tính của máy trong quá trình mô phỏng.

Haas: máy tiện lỗ – lớn

 

Đối với các xưởng muốn có thêm năng lực gia công phôi thanh nhưng không đủ các yêu cầu không gian cho máy tiện có diện tích chân máy lớn, hiện nay Haas Automation cung cấp một dòng máy tiện lỗ – lớn. Mỗi máy thuộc dòng tiện đa năng này đều có công suất lớn hơn, mâm cặp lớn hơn, năng lực phôi thanh cao hơn – mà không cần chuyển sang máy kế tiếp tốt hơn.

Máy ST-25 có năng lực cực đại 15’’ x 21’’, với độ mở 31.75’’ qua tấm chắn phía trước, còn biến thể của máy này là ST-25Y có năng lực cực đại 12’’ x 21’’.

Máy ST-25 có năng lực cực đại 15’’ x 21’’m với độ mở 31.75’’ qua tấm chắn phía trước, còn biến thể của máy này là ST-25Y có năng lực cực đại 12’’ x 21’’.

Máy ST-35 có năng lực cực đại of 21’’ x 26’’, với độ mở 31.75’’ qua tấm chắn phía trước. Máy ST-35Y có cùng diện tích chân máy và các đặc tính trục chính nhưng năng lực cực đại chỉ là 18’’ x 23’’.

Máy ST-45 có năng lực cực đại 25.5’’ x 44’’, với độ mờ cực đại 34.5’’ qua tấm chắn phía trước. Máy ST-45L, mặt khác, là phiên bản băng máy dài của máy ST-45.

Heimatec: dụng cụ cắt tốc độ cao dùng cho khoan và phay

Trong môi trường cạnh tranh ngày càng tăng, không có công ty nào trong lĩnh vực chế tạo dụng cắt công nghệ cao có thể hoạt động một cách cầm chừng. Do đó, Heimatec đã phát triển các đầu khoan và phay để gia công hướng kính và trục dọc trên các máy tiện khác nhau. Với tỷ số truyền 1:4, theo nhà chế tạo, các dụng cụ cắt này có thể đạt đến tốc độ 24,000 rpm (v/ph). Cùng với chế độ làm nguội bên trong có áp suất 70 bar cho đầu khoan dọc trục và đầu phay, và 140 bar cho đầu khoan góc và đầu phay, loại dụng cụ này được cung cấp với hệ thống thay dao ER16 AX u-tec.

Kennametal: mũi khoan carbide nguyên khối dùng cho chi tiết gia công bằng nhôm
Với cấp chất lượng Beyon của carbide hạt mịn và dạng hình học điểm, mũi khoan carbide nguyên khối HPS của Kennametal có khả năng đạt được tốc độ cắt gọt kim loại tốt và tuổi thọ dụng cụ cắt dài, thích hợp cho gia công lỗ hợp kim nhôm.

Carbide cấp chất lượng Beyond KN15 được thiết kế chuyên biệt cho gia công nhôm và có bề mặt bong, làm giảm ma sát trên các rãnh thoát phoi, mép biên, và lưỡi cắt. Điều này cho phép thoát phoi tốt, ngay cả trong các quy trình bôi trơn với chất lượng tối thiểu. Các đặc tính thiết kế mũi khoan gồm đỉnh mũi khoan 1350 tạo khả năng định tâm chính xác và cải thiện chế độ ăn dao. Mũi dao này còn có các lưỡi cắt sắc, cho phép giảm lực cắt và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt.

OGP: kiểm tra dựa trên video
Máy kiểm tra video QVI Starlite 250, với kết cấu được cải tiến, cung cấp khả năng đo đạc và kiểm tra chi phí thấp dựa trên video tương tự các model trước đó.

Máy có thấu kính zoom 6.5:1 và các tầng chuyển bằng tay để định vị chính xác theo từng trục. Máy còn được thiết kế theo cách thức sao cho người dùng có thể lập cấu hình hệ thống để kiểm tra, đo đạc tương tác hoặc đo bán tự động.

Cuối cùng, việc lập cấu hình hệ thống MPV (Machine Vision Product – tầm nhìn sản phẩm của máy), theo nhà sản xuất, được cho là tương đối dễ dàng, khi sử dụng cùng với phần mềm đo lường QVI Controller và Measure-X. Phần mềm này chỉ dẫn người dùng thông qua các trình đo đạc với các hướng dẫn sử dụng mô hình chi tiết, các biểu tượng đích và các icon.

Renishaw: hệ thống quét tiếp xúc

Renishaw đã phát triển hệ thống quét tiếp xúc tốc độ cao Sprint dùng cho máy dụng cụ CNC.Với công nghệ quét bố trí ngay trên máy, hệ thống này có khả năng cung cấp sự thay đổi theo bước tạo thuận lợi cho kiểm soát quá trình, cho phép thu thập dữ liệu biên dạng và hình dạng một cách nhanh chóng và chính xác từ cả hai bộ phận lăng kính và 3D phức hợp.

Tại tâm của hệ thống này là đầu dò quét là đầu dò quét OSP60. Đầu dò có cảm biến kiểu tương tự với độ phân giải 0.1 µm theo ba chiều. Công nghệ cảm biến tương tự trong đầu dò cung cấp tín hiệu độ lệch theo kiểu liên tục, kết hợp với vị trí máy, từ đó suy ra vị trí thực của bề mặt chi tiết gia công. Cuối cùng, theo nhà sản xuất, các năng lực phân tích của hệ thống cho phép đo đến 1.000 điểm dữ liệu 3D thực trong một giây.

Sutton Tools: năng suất tốt hơn

Công ty Sutton Tools (chuyên về dụng cụ cắt) đã phát triển loạt mũi ta-rô đa năng Black Magic Tap. Theo họ, loại dụng cụ này cho phép các nhà chế tạo chi tiết đạt được năng suất. Ngoài ra, họ còn tuyên bố loại sản phẩm này có thể loại bỏ nhiều vấn đề thường xảy ra trong quá trình gia công ren.

Sử dụng vật liệu nền là thép gió (thép tốc độ cao) luyện kim bột (PM – HSSE) chất lượng cao chứa 3% vanadium, thiết kế này còn có lớp tráng phủ “Hardlube – bôi trơn cứng” chứa hỗn hợp (TiAIN+WC/C).

Cuối cùng, nhà sản xuất còn cho biết, các mũi ta-rô này thích hợp để cắt ren trên thép không rỉ, thép hợp kim, thép nói chung, thép hợp kim thấp, cũng như các hợp kim nhôm và đồng, với một khoảng rộng các ứng dụng công nghiệp từ các xưởng sản xuất nhỏ đến các xưởng sản xuất hàng loạt lớn.

(Nguồn: Cẩm nang Gia công Kim loại)