瑞士骨螺钉和锚的加工

为骨科和牙科应用实现精确、复杂的功能

与许多其他医疗器械相比，接骨螺钉的结构看似简单：一个螺纹圆柱体，一端为头部，另一端为尖端。然而，接骨螺钉（也称为锚钉）的设计可能有惊人的复杂性。

这就是为什么精密 CNC 瑞士式加工在实现骨螺钉的最终用途的适当特性和功能的设计中发挥重要作用的原因。

接骨螺钉的基本结构

与大多数人熟悉的普通木螺钉一样，接骨螺钉的结构具有一定的基本特征：

• 头 螺钉的顶部是有助于插入螺钉的顶部平坦表面。
• 提示 是螺钉的另一端，与头部相对。
• 长度 螺钉的轴（或主体）的长度是从头部到尖端测量的。
• 间距 螺丝的距离是螺丝每转 360 度所经过的距离。
• 大径 螺钉的厚度是从螺纹的一个峰到另一侧的另一个峰的螺钉总厚度。
• 小直径 是不包括螺纹的螺钉的厚度。了解这一点很重要，因为要插入螺钉的导向孔的尺寸应与小直径相同。

为什么要使用接骨螺钉

接骨螺钉的主要功能是帮助修复骨折。通常情况下，螺钉会将骨骼运动的力量转化为将骨骼固定在适当位置的压缩力，从而更快地愈合。

接骨螺钉的使用可以追溯到二十世纪初。就在那时，外科医生 William O'Neill Sherman 率先使用钢板和传统螺钉固定骨折，并对其进行改造以固定在骨骼上。

如今，接骨螺钉广泛用于整形外科和正畸应用。骨科螺钉主要用于固定骨骼或帮助将软组织（如肌腱）连接到骨骼上。在牙科中，接骨螺钉通常用作固定其他东西（例如替换牙齿）的锚。

正如预期的那样，现代接骨螺钉比 Doc Sherman 的版本更精确和专业。不出所料，CNC 瑞士加工是一种经常用于产生精确特征的方法，这些特征可以增强螺钉的固定方法或粘附在骨骼或其他组织上的能力。

不同的骨头，不同的螺丝

在一项比较四种不同螺距的市售接骨螺钉强度的研究中，螺钉的保持力与骨骼的密度、螺纹的设计以及与骨骼接合的螺纹数量相关。由于不同类型的骨骼具有不同的密度，因此骨骼类型对螺钉设计有影响是有道理的。

皮质（或致密）骨 构成坚硬、致密的骨骼外层，为人体提供支撑结构并有助于保护内部器官。这些光滑、白色、坚固的骨骼约占成年人体重的 80%。

松质骨 （也称为海绵状骨）形成人体骨骼的内部组织网络，通常位于其他骨骼的尖端、关节附近和椎骨内部。松质骨比皮质骨密度小，稍软，柔韧。

因此，CNC Swiss 加工可用于制造螺纹、螺距和其他特征不同的螺钉，具体取决于它们所使用的骨骼类型：

• 皮质螺钉 - 也称为皮质螺钉 - 旨在牢固地固定并在插入皮质骨时提供最大的稳定性。这些坚固的螺钉螺距小，沿整个长度具有紧密间隔的浅螺纹，并且通常具有钝端。皮质螺钉的长度通常为 0.059 英寸（1.5 毫米）到 0.177 英寸（4.5 毫米）。

• 松质螺丝 用于固定松质骨的螺钉比皮质螺钉更长，螺距更大。松质螺纹切削更深，间距更广，轴可以是全螺纹或仅部分螺纹。螺钉的长度通常为 0.138 英寸（3.5 毫米）到 0.256 英寸（6.5 毫米）。

骨螺钉设计中的其他变量

除了螺纹和螺距的变化外，骨螺钉还可以具有孔、台阶、槽和其他特征，这要归功于 CNC 瑞士加工的精密能力。例如，可以创建不同类型的接骨螺钉头以满足特定需求：

• 用于固定牙齿的螺钉可能有一个锥形头部，可以将替换牙齿压在上面。
• 螺纹螺钉头可用于将接骨螺钉及其附件（例如板）锁定到位，以提高稳定性。
• 六角螺丝头通常用于允许使用螺丝刀插入。

瑞士加工接骨螺钉还可以利用支持不同螺钉插入技术的不同尖端设计：

• 自攻螺钉 有一个光滑的圆形尖端，通过制作一个导向孔并在孔内攻丝来插入。
• 自攻螺钉 具有切削刃，以便螺钉在插入导向孔后自攻螺纹。例如，由于松质骨的密度远低于皮质骨，因此松质骨螺钉具有自攻功能，也就是说，当螺钉插入时，它会切断其在骨骼中的路径。
• 自钻螺丝 可以按原样插入，无需导向孔或其他准备工作。螺钉会形成自己的导向孔，并且可以自攻。

独特的螺杆设计优势

医疗器械公司也可能会想出自己的骨螺钉设计变体，以创造出独特的东西，使它们与众不同并提供竞争优势。

除了对锚制造商有利之外，获得专利的专有设计还为 CNC 瑞士式加工创造了机会和挑战，以制造可能非常复杂的设计。例如，更复杂的形状就是一个完美的例子，说明瑞士加工中的分割技术可以让更复杂的机加工车间满足客户复杂的设计需求。

另一个指导原则——设计具有一体式结构的医疗设备——通常会使零件从加工的角度变得更复杂。迎接这一挑战，瑞士机械加工可以帮助制造商实现单组件设计，从而最大限度地降低设备因多个部件中的一个故障而分崩离析或出现问题的风险。

此外，可以在加工后向接骨螺钉添加不同的表面改性（见下文），以对骨骼生长和附着力产生积极影响，进一步将特定锚设计与其他制造商的选择区分开来

骨螺钉的特定材料注意事项

一个多世纪以来，用于骨科和牙科的骨螺钉和锚固件由金属合金制成。这意味着有很多时间来了解哪些材料可以提供高强度、耐腐蚀和生物相容性的正确组合。

今天的制造商通常选择符合美国材料试验协会 (ASTM) 或 ISO 规范的植入物级材料。因此，制造具有正确特性和功能的接骨螺钉需要能够在瑞士加工各种不同的材料，每种材料都有自己独特的特性。

虽然不锈钢在医疗器械中很受欢迎并且可用于接骨螺钉，但在过去的几十年里，钛的使用有所增加，并且选择了一系列特种金属，因为它们具有独特的特性和优势。

例如，钛 - 提供纯合金和合金版本 - 通常在目标是轻质和高强度时使用，或者当设备需要与另一个钛部件配合或连接时使用。治疗下颌骨骨折时常使用钛螺钉。

钛合金Ti-6Al-4V ELI （titanium-6aluminum-4vanadium extra low interstitials）重量轻、耐腐蚀、坚固且生物相容。熔融过程中的严格控制使材料具有更高的延展性和强度，使钛 ELI 成为接骨螺钉和其他医疗设备的流行和耐用选择。

镍钛诺 (NiTi) 有时选择它是因为它能够承受大量的应力而不变形。这意味着它可以用于骨螺钉或其他设备需要拉伸和轻微改变而无需永久固定的应用。

在瑞士加工接骨螺钉和锚固件时经常互换使用的其他高强度和生物相容性材料包括：

• MP35N ^® 和类似的 35N LT ^® （低钛），为MP35N熔体，去除微量钛，具有更好的疲劳寿命
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® , Conichrome ^® ，以及 ASTM F1058 和 ISO 5832-7 规定的其他合金

促进骨结合的表面处理

在金属切削中，表面光洁度是一个非常重要的主题。对于接骨螺钉和瑞士加工，表面处理是一个独特的话题。

虽然一些接骨螺钉是临时的，因此最终会被移除，但大多数会留在原位。事实证明，螺钉的表面光洁度与促进骨骼生长有很大关系，以便螺钉牢固地嵌入，骨骼在其周围生长。

虽然科学家们继续致力于开发可用于促进骨整合的特殊涂层（阅读一个示例），但螺钉制造商发现更粗糙的表面处理和其他不同类型的表面可以帮助促进骨骼生长。

直接激光烧结（也称为 3D 金属打印）的发明允许实现以前无法达到的孔隙率水平，而不仅仅是粗糙的表面光洁度并促进骨整合。这就是为什么 3D 制造很可能成为接骨螺钉和许多其他医疗设备应用的未来。

然而，大多数用于制造骨科接骨螺钉和牙锚的材料是不可热处理的。相反，它们通过冷加工获得力量，这是 3D 金属打印无法做到的。

这意味着你仍然 在激光烧结之前必须从瑞士加工的棒材或线材开始！

瑞士加工与 3D 激光打印骨螺钉？

虽然 3D 金属打印机会说他们可以做任何事情，但在 3D 打印接骨螺钉的所有应用之前，冷加工是他们必须克服的挑战之一。在此之前，瑞士式加工的优势在于以冷作材料作为棒料开始。

3D 打印的魔力在于，作为一种增材制造工艺，它可以产生空隙——出于重量轻和孔隙率的考虑，这是瑞士机械加工无法比拟的优势。然而，对于螺纹、孔、台阶和其他可能对螺钉的功能至关重要的特征，加法和减法工艺都会产生相同的尺寸最终结果。

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