南极熊导读：全球骨科植入物巨头Stryker，又开设了新的金属3D打印植入物工厂，产能将大幅提升。
2022年8月，南极熊获悉，爱尔兰医疗技术公司Stryker（史赛克），于本周庆祝了位于科克郡安格罗夫镇的新3D打印工厂正式营业。
△史赛克新工厂剪彩，出席启动仪式的有Taosieach Micheál Martin TD、IDA和其他嘉宾
史赛克的新3D打印工厂占地面积为15.6万平方英尺，在未来，可创造600个高科技工作岗位，并将有助于进一步提升该在3D打印技术方面的领导地位。
在开幕式当天Martin说。"我很高兴参加史赛克新工厂的开幕仪式，这对科克郡和西南地区的发展来说是一个好消息。今天的开幕式和该公司的一系列工作，都能够证明该团队的能力、奉献和远见。"
△史赛克位于安格罗夫镇的AMagine 增材制造研发中心
关于史赛克
该公司使用3D打印技术制造产品，来治疗与骨骼有关的疾病，包括膝关节、髋关节、肩关节、踝关节、颅颌面和脊柱，以及为患有重大疾病的特殊人群，提供个性化的解决方案，该公司表示，这些特殊的病例，通常已没有其它更好的选择。
该公司对于新工厂的投资的愿景不难看出，目标是使自己成为3D打印技术的世界领导者。安格罗夫镇也是AMagine研究所总部的所在地，该研究所是史赛克公司增材制造中心。用于开发突破性的技术，涉及早期的研究和开发，再到全面商业启动等。
史赛克公司全球质量和运营集团总裁Viju Menon说。"新的设施和人才，将继续为我司提供无穷的新机会，在全球范围内加速创新，并进一步支持我们的使命，即与我们的客户一起使医疗保健变得更好。"
IDA爱尔兰首席执行官Martin Shanahan说：“扩建后的工厂，可以持续兑现该公司对爱尔兰政府的四十年承诺，并认可来自大学、工程人才和IDA等合作伙伴的强大生态系统。”
△该公司为外科医生和医院系统，提供先进的3D打印解决方案，用于复杂脊柱畸形的矫正手术
骨植入物的市场规模
2018年3月，史赛克3D打印的Tritanium（钛合金） TL弧形腰椎，获得美国食品和药物管理局（FDA）的510（k）许可。这是一种3D打印椎间融合器，用于腰部固定。中空植入物由固体和多孔结构的独特配置组成，这两种结构，均使用史赛克专有的3D打印制造工艺AMagine进行打印，以及用于植入物的制作。
根据SmarTech的预测分析，2016年全球3D打印医疗市场规模达12.29亿美元(约83.37亿人民币)，其中3D打印植入物市场规模达8.23亿美元(约55.83亿人民币)。2024年3D打印植入物的医疗市场规模达96.39亿美元(约654亿人民币)，其中3D打印植入物的市场规模达81.2亿美元(约550亿人民币)。全球市场中，骨科植入物品牌包括Depuy、史赛克、Zimmer 、Synthes 等公司在内的9家公司占据了整个骨科植入物市场80%的市场份额。
钛合金3D打印骨科植入工厂探秘：后加工很难、也很重要
南极熊导读：金属3D打印技术在骨科植入物领域，国内外都已经开始用于批量生产了。
△RMS 的3D打印工厂，已经部署了 30 台粉末床融合金属3D打印机，每月生产多达 20,000 个 3D 打印钛植入物，例如这些脊柱植入物。所有这些零件都需要在公司专门为增材零件设立的机械车间进行精加工。
南极熊了解到，国外一家医疗器械制造商RMS的增材制造部门，目标是提供从“粉末材料到产品包装”的金属3D打印制造植入物所需的所有服务。其中重要流程是后期加工。
每个钛合金3D打印植入物都需要后期加工
“我们制造的每一个3D打印部件，都需要后期加工，”该公司增材部门的运营总监 Troy Olson 说。
在开始3D打印之前，RMS 在减材CNC制造方面拥有扎实的背景，从事零件加工已有 50 多年的历史，目前拥有 650 多台机床，运行从瑞士式车削到五轴铣削的各种操作。然而，RMS 了解到，这种经验并不总是适用于 3D 打印部件。事实上，节奏和工作流程与减材零件大不相同，以至于增材部门需要一个单独的、专门的机械车间，并配备自己的员工。“我们不希望3D打印搞砸了已经是行业领先的机加工车间，”高级增材制造工程师 Ryan Kircher 解释说。
△专门为3D打印零件配套的增材加工车间，部署了 12 台 FANUC Robodrill ，流程作业标准化，并且具有较高的调度灵活性
传统制造的零件需要加工掉多达 90% 的体积，而增材零件已经接近最终形状，只需要进行基本操作，例如钻孔、攻丝和机加工仪表槽，周期时间要快得多。根据零件加工特征的数量，员工每小时可以加工 6 到 20 个零件，并且机器一天可以打印多达 2 到 3 批。除了不同的工作流程外，精加工的增材零件需要以不同的方式处理，因为它们的报废成本更高，需要减少浪费，提高良品率。
3D打印+机加工是更优方案
传统车间的五轴机床、多轴车床等先进机床，可以生产完整的成套零件。而增材部件仅靠 3D 打印是不够的。事实上，RMS 的所有增材制造零件都需要精加工。
“当我们研究增材制造时，我们将它视为一种补充技术，而不是一种单一的技术，”Olson说，在他之前使用增材制造植入物的经验中，他已经看到了将 3D打印视为独立技术的许多陷阱。“你必须在设计中做出妥协，来适应增材制造或设置这些可怕的手动后处理步骤，例如去毛刺、去除支撑和手动攻丝几乎打印正确的螺纹。” 通过两种工艺的结合，RMS 可以在不影响设计的情况下，高效且经济地制造植入物。
为增材零件配套专门加工车间
针对增材零件的加工车间由 Aaron Glanz 领导，由 8 名第一班机械师、7名第二班机械师和两名周末班的机械师组成，并计划增加人员。与公司其他部门一样，3D打印件加工车间的设备是标准化的，可以实现最大的灵活性。目前，这个车间已经有 12台FANUC Robodrill 和 3 台CUT AM 500，由GF Machining Solutions专门设计，用于从构建板上移除 3D 打印金属部件。增材部门还拥有一台专用于重修构建板的Haas VMC，以及一台用于加工 增材试样的 Haas 车床。
增材零件的减材工作流程
但是，增材制造零件的加工过程在它们到达车间的这个区域之前就开始了。负责运行打印机的员工还负责分离零件，然后重修构建板。
△从打印平台上切下来的所有部件一起放置，每个批次都需要在机加工车间进行单独设置，包括首件和末件检查以及全线检测
与构建板分离后，零件被送出进行热等静压 (HIP)，然后返回 RMS 进行加工。在3D打印到 HIP 之间，零件价值已经提高很多，因此机械师需要非常小心，不要将它们损坏。“Aaron 围绕零废料建立了他的加工团队夹具、探测、标准化工具、标准化编程这样我们就不会在设置加工操作中伤害打印零件，”Olson 说。尽管在加工过程中，从这些零件中去除的材料量相对较少，但正确处理是至关重要的，不能有差错。南极熊3D打印网页曾经探访过中国爱康医疗的金属3D打印钛合金骨科植入物车间，也看到大量的机加工设备做后处理。
根据他自己的经验，Glanz 表示，在 RMS 的减材部门工作后，要求零报废的心态可能是一项挑战。“机械师习惯于使用棒材从地板上带走，”他说。“如果机床操作员犯了错误，你可以直接跑回库房重新拿。您必须向操作员说明，3D打印零件无法做到这一点。整个流程需要3个星期。”
增材制造车间的机械师也必须适应增加的处理零件数量。附加部件的打印被分解为构建板参数。例如，1,000 个零件的制造可能需要 10 到 15 个构建板。每个构建板通常包含 75 到 100 个零件，这些零件通过包括机加工在内的后处理操作一起移动。但是，这意味着每个构建板都有自己的参数。“Aaron 不能一次设置就运行 制造1,000 个零件，而是将这项工作设置为 10 到 15 次以运行相同的 1,000 个零件，需要做更多事情，”Olson说。“至少，每个批次都必须有首件、检验、最后一件检验和全线检测。”
工件夹具
加工增材制造零件的最大挑战之一是工件夹持。“加工增材零件很复杂，因为它不是一块棒料，您可以有很好的基准并且可以将加工掉，”Kircher 说。“您必须弄清楚零件在空间中的位置，并确保你在零件上加工的这些特征位于正确的位置。当它的完成度达 90% 时，这些就变得非常重要。”
△所有 3D 打印的植入物都有专门设计的骨长入表面，非常复杂，不能被损坏或污染。为这些零件设计工作夹具是一项重大挑战
更复杂的是，RMS 3D 打印的所有部件都是植入物，具有为骨长入而设计的特征，而这些特征无法通过传统工艺生产。“我们的客户正在为他们的植入物设计，避免遭受损坏或污染，”Glanz 指出。这些表面非常复杂，“我们必须围绕所有这些进行固定工作，并确保不损伤表面，”他补充道。例如，为一个脊柱植入物设计了一个工件固定装置，位于零件中间的一个孔周围。夹具抓住了这一特点，并在不损坏表面的情况下保持零件稳定，同时从末端加工出额外的余量。
△3D 打印植入物只需要加工掉少量材料。然而，如果一旦产生废品，成本可能就很高，因为这些零件在到达机加工车间时已经增加了很多价值
理想情况下，RMS 可以在设计阶段就避免这些问题的挑战。“当我们与客户接触的早期，我们实际上会围绕工件夹持和基准结构设计零件，利于进行后期加工，”Olson 说。
尽管加工增材零件和加工传统零件之间存在差异，但该团队一致认为，鉴于加工这些零件的挑战，在传统制造方面的经验是使用3D打印技术取得成就的关键。“我认为需要一个非常有经验的减材制造团队，来补充增材制造，才能取得成功，”Kircher 说。
