鎖定螺釘是骨科植入物（見圖1）的關(guān)鍵組件，通過螺紋與骨板或髓內(nèi)釘?shù)逆i定孔形成剛性固定，提供穩(wěn)定性，尤其適用于骨質(zhì)疏松或復(fù)雜骨折患者。其優(yōu)勢(shì)在于避免傳統(tǒng)螺釘?shù)乃蓜?dòng)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)角穩(wěn)定性，促進(jìn)骨愈合。然而，痛點(diǎn)包括術(shù)中精準(zhǔn)置入難度高（需嚴(yán)格垂直鎖定孔）、螺釘斷裂風(fēng)險(xiǎn)（尤其在高應(yīng)力部位），以及取出困難（骨長(zhǎng)入或螺紋損壞）。未來優(yōu)化方向包括改進(jìn)材料強(qiáng)度、設(shè)計(jì)便于取出的螺紋結(jié)構(gòu)，以及配合導(dǎo)航技術(shù)提升置入精度。
圖1 骨科植入物
目前骨科鎖定螺釘（見圖2）的主流加工方式為精密冷擠壓成形，其優(yōu)勢(shì)在于工藝路線短、生產(chǎn)效率高（可批量生產(chǎn)）、材料利用率高（減少浪費(fèi)），且冷加工對(duì)金屬晶粒度影響小，產(chǎn)品尺寸一致性佳，力學(xué)性能穩(wěn)定。然而，該工藝對(duì)模具精度要求極高，鈦合金等材料因冷硬化嚴(yán)重易導(dǎo)致成型困難，需配合固溶處理等輔助工序，且復(fù)雜螺紋結(jié)構(gòu)（如變螺紋或自攻槽設(shè)計(jì)）可能增加模具開發(fā)成本。
圖2 骨科鎖定螺釘
中走絲線切割加工技術(shù)是一種介于快走絲和慢走絲之間的電火花線切割工藝，采用鍍鋅黃銅絲（直徑0.1-0.2mm）作為電極，通過高頻脈沖放電腐蝕金屬實(shí)現(xiàn)切割。其走絲速度（6-12m/s）高于慢走絲但低于快走絲，兼具一定加工精度（±0.003mm）和較高效率。該技術(shù)支持多次切割，首刀高速粗加工，后續(xù)精修以提高表面質(zhì)量（Ra≤0.7-1.4μm），適用于模具鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料。優(yōu)勢(shì)在于性價(jià)比高，維護(hù)成本低于慢走絲；缺點(diǎn)是電極絲損耗較大，長(zhǎng)期使用后精度會(huì)下降，且對(duì)工作液清潔度要求較高，適合中小批量精密零件加工。
中走絲線切割加工相比精密冷擠壓成形，在骨科鎖定螺釘制造中更具靈活性，尤其適合小批量、高復(fù)雜度產(chǎn)品（如異形螺紋或個(gè)性化設(shè)計(jì)）。其優(yōu)勢(shì)在于無需高成本模具，可快速響應(yīng)設(shè)計(jì)變更，并能加工高硬度材料（如鈦合金）。
不同于傳統(tǒng)骨科螺釘常用的316L不銹鋼和鈷鉻合金材料，骨科鎖定螺釘通常選用生物相容性更優(yōu)的鈦合金（Ti6Al4V）。本文所設(shè)計(jì)的鎖定螺釘試樣材料與主流骨科植入物材料一致，均為Ti6Al4V鈦合金（見圖3）。該材料為α+β型鈦合金，具有優(yōu)異的生物相容性、高比強(qiáng)度和良好的抗疲勞性能，適用于制造長(zhǎng)期植入的骨科固定部件。盡管該鈦合金材料在加工成本上高于傳統(tǒng)不銹鋼，但中走絲線切割工藝屬于精密加工，對(duì)高硬度材料的適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿足骨科植入物復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如變徑螺紋、自攻槽等）的高精度加工需求。
圖3 鈦合金（Ti6Al4V）化學(xué)成分圖
本文以骨科植入物鎖定螺釘為研究對(duì)象，通過對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、加工設(shè)備、加工流程、參數(shù)設(shè)置、三坐標(biāo)檢測(cè)和粗糙度檢測(cè)進(jìn)行測(cè)試。本研究驗(yàn)證了中走絲工藝加工高精度鎖定螺釘的可行性，為骨科植入物鎖定螺釘提供了新的技術(shù)路線。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
國際標(biāo)準(zhǔn)
1. ISO 5835《外科植入物-金屬骨螺釘》
規(guī)定骨螺釘?shù)某叽?、螺紋精度（如螺距公差≤0.02mm）、力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度≥2000N）等關(guān)鍵指標(biāo)。
2. ISO 5832-2/11
適用于鈦合金（如Ti6Al4V）和不銹鋼材料的化學(xué)成分及機(jī)械性能要求。
3. ASTM F543
規(guī)定金屬骨螺釘?shù)牧W(xué)測(cè)試方法，包括靜態(tài)扭轉(zhuǎn)、疲勞壽命等。
國家標(biāo)準(zhǔn)
1. YY/T 0119.2-2014《脊柱植入物脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)部件 第2部分：金屬脊柱螺釘》
涵蓋螺釘設(shè)計(jì)、材料、表面處理及性能測(cè)試要求，適用于鈦合金及不銹鋼螺釘。
2. GB/T 13810《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》
規(guī)定TC4鈦合金的化學(xué)成分、力學(xué)性能及加工要求。
3. YY/T 0662-2020
針對(duì)不對(duì)稱螺紋螺釘?shù)臋C(jī)械性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，包括扭矩、斷裂角等參數(shù)。
加工設(shè)備
1. 設(shè)備選擇（見圖4)
智凱ZKH550五軸數(shù)控線切割機(jī)床
圖4 智凱ZKH550
2. 設(shè)備參數(shù)
行程：有效加工行程550*450
錐度：±6°
最大加工效率：≥300mm2/H
表面光潔度：Ra0.8μm（多次切割）
精度：±0.003mm
系統(tǒng)：系統(tǒng)支持Windows7及以上操作系統(tǒng)
畫圖：支持多種畫圖文件導(dǎo)入
精度高：四軸螺距補(bǔ)償，五軸數(shù)控
3. 功能介紹
X、Y、U、V四軸移動(dòng)采用交流伺服控制方式
控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)ISO代碼進(jìn)行程序控制
編程系統(tǒng)具有將DXF文件直接轉(zhuǎn)成ISO代碼功能
可實(shí)現(xiàn)X、Y、U、V四軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行錐度和異形面加工（Z軸電動(dòng)升降）
多坐標(biāo)系統(tǒng)功能可以在各工件之間迅速切換；
自帶編程圖形、自動(dòng)編制代碼程序。多CPU功能實(shí)現(xiàn)加工和編程同時(shí)進(jìn)行；
平行補(bǔ)償、清角設(shè)定，程序鏡像，拐角優(yōu)化、比例縮放等超級(jí)功能開放，讓操作變得簡(jiǎn)單輕松；
激光螺距校準(zhǔn)，螺距補(bǔ)償數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)開啟；
可隨意將X/Y軸進(jìn)行交換適應(yīng)不同的加個(gè)狀態(tài)及工作習(xí)慣。自由設(shè)置線控器的移動(dòng)速度；
加工流程
1. 將基板表面測(cè)試干凈
2. 專用夾具固定股基本
3. 圖形導(dǎo)入
4. 軟件點(diǎn)“開水”檢查是否正常
5. 點(diǎn)“加工”一鍵開始運(yùn)絲、高頻、沖水
6. 開始加工中
參數(shù)設(shè)置
試加工：
1. 試加工材料
圖5 加工材料
2. 導(dǎo)入圖紙
圖6 圖紙
3. 設(shè)置參數(shù)
圖7 參數(shù)
4. 開機(jī)檢查后
5. 開始加工
8 加工
6. 工件切割完成掉落
樣品，成功：如下圖
成品OK，無灼燒、發(fā)黑變色等問題
圖9 成品
三坐標(biāo)檢測(cè)
為驗(yàn)證中走絲線切割加工的骨科植入物鎖定螺釘輪廓公差，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行高精度檢測(cè)。選用生物相容性優(yōu)異的鈦合金（Ti6Al4V）標(biāo)準(zhǔn)樣塊作為基準(zhǔn)，通過接觸式測(cè)頭對(duì)螺釘試樣進(jìn)行三維輪廓掃描，重點(diǎn)檢測(cè)螺紋牙型、螺距及外徑尺寸。測(cè)量點(diǎn)間距設(shè)置為0.05mm，采樣速度控制在1mm/s，確保關(guān)鍵特征部位的測(cè)量密度。檢測(cè)系統(tǒng)溫度補(bǔ)償精度達(dá)±0.5μm，重復(fù)定位精度≤2μm，可精確評(píng)估螺釘輪廓的尺寸偏差和形位公差，確保整體加工精度控制在±3μm以內(nèi)，滿足ISO 5835等醫(yī)療植入物標(biāo)準(zhǔn)對(duì)尺寸精度的嚴(yán)苛要求。
圖10 三坐標(biāo)示意圖
粗糙度檢測(cè)
對(duì)骨科植入物鎖定螺釘試樣進(jìn)行表面粗糙度檢測(cè)，通過與標(biāo)準(zhǔn)
粗糙度樣塊進(jìn)行對(duì)比，確定骨科植入物鎖定螺釘加工表面的粗糙度
等級(jí)。檢測(cè)結(jié)果表明，骨科植入物鎖定螺釘試樣加工表面粗糙度為
Ra0.7-Ra1.4，滿足Ra ≥0.7 的要求。
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