CN102335745A - 一种一次性微创手术剪刀片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一次性微创手术剪刀片的制备方法,将不锈钢粉末基体材料与粘结剂经过混炼、制粒获得均匀喂料,然后采用粉末注射成形技术,完成喂料的注射,获得剪刀片的注射坯,然后经过脱脂工艺将粘结剂脱出,并将脱脂后的坯体进行烧结,最终进行热处理强化从而获得一次性微创手术剪刀片产品。本发明采用粉末注射成形技术制备微创手术剪刀片,可以一次成形出所具有的形状,采用模具量产的工艺,自动化程度高,性能好,产量大,无需后续加工,原材料利用率高,成本低,从而能实现微创手术剪的一次性推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种剪刀片的制备方法,特别是涉及一种一次性微创手术剪刀片的制备方法。
背景技术
微创医疗是通过一个人体自然孔道或钥匙孔大小经皮孔道,在显示器视野下切除病变部位或修补缺损,要在二维平面且没有触觉的情况下安全进行分离、剪切、止血、缝合以及一些特殊操作。与传统手术相比,微创治疗有极大的优势,主要体现在操作时间短,对患者的创伤小、疤痕小,术后痛苦小、恢复快、安全性高。尽管微创手术1989年才问世,但已成为外科手术主导潮流。发达国家已全部普及,我国也已在大部分县级以上医院开展。
微创手术剪--作为微创手术中的重要实施工具,在手术中完成对人体组织的剪切、切割,其需求量很大,特别是其关键部件剪刀片的需求很大。目前,国内使用的手术剪大部分为进口且重复使用的,其进口价格昂贵,消毒过程繁琐,且存在由于重复使用可能带来交叉感染的隐患;而国产手术剪,其关键部件剪刀片使用传统的机加工制备,但由于剪刀片的硬度高、形状复杂,所以加工困难,后续的处理繁琐,从而其制备成本高、耗时长,无法进行大批量的生产。
而随着人们对健康的更高要求,微创手术将全面普及,而手术中与人体组织直接接触的微创手术剪的一次性推广将成必然趋势,势必存在普通的制备技术无法满足大批量需求的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化程度高,产量大,无需后续加工,原材料利用率高,成本低的一次性微创手术剪刀片的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供的一次性微创手术剪刀片的制备方法,将不锈钢粉末基体材料与粘结剂经过混炼、制粒获得均匀喂料,然后采用粉末注射成形技术,完成喂料的注射,获得在剪刀片的注射坯,然后经过脱脂工艺将粘结剂脱出,并将脱脂后的坯体进行烧结,最终进行热处理强化从而获得一次性微创手术剪刀片产品,其特征是:包括步骤如下:
a、不锈钢粉末材料的选择:选取17-4PH或440C不锈钢作为基体材料,选择平均粒径小于10um的球形粉末;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇10~50%、植物油5~25%、聚乙烯15~35%、增塑剂1~10%,石蜡15~50%,置叶片式混料机中,在140℃~190℃温度下混合1~2小时;
c、喂料的制备:将基体材料粉末与粘结剂进行混炼、制粒获得流动性能良好的均匀喂料,粘结剂与基体材料粉末配得的喂料中粘结剂所占的体积比范围为40%~60%,将配比好的基体材料粉末与粘结剂喂料置于混料机中在140℃~190℃温度下混合1.5~3h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度145℃~195℃,注射压力60Mpa~120MPa,注射速度1~3cm3/s,采用热流道***,模温80℃~130℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以9~11℃/min速度加热至250~300℃保温1~2小时,4~6℃/min速度加热至350~420℃保温1~2小时,然后以13~17℃/min的速度加热至720~750℃进行热脱脂;
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行烧结,先抽真空,真空度小于10-1Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先以慢升温速率4~6℃/min升温至600~650℃,然后快升温速率9~11℃/min升至烧结温度1250℃~1380℃,保温3~5小时,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:将坯件在真空炉中加热到1030℃~1080℃保温0.5~1小时,再降温到450℃~500℃时效4~5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片。
采用上述技术方案的一次性微创手术剪刀片的制备方法,不锈钢材质的成份设计为关键,一方面,选择的材料要满足产品的性能要求,性能主要是指其生物相容性、硬度、耐腐蚀性能等等。另一方面,该材料必须具有良好的烧结性能。配对的剪刀片对刃口配合有很高的要求,这就必须要求最终产品的变形量很小。在上述工艺过程中,各个环节的工艺参数都将对最终产品的变形产生影响。为了保证产品的高精度,需要优化各个工艺参数,因此在注射成形工序中,需要控制注射参数,以得到良好的注射坯;在脱脂工序中,应该注意控制脱脂速率,不同工艺参数下,脱脂速率不同。脱脂过快,容易导致坯体出现变形、脱落、裂纹等缺陷。在烧结过程中,应注意升温速率,烧结温度,避免坯体出现变形,裂纹等缺陷。在热处理工序中,应注意热处理温度和保温时间,以得到高的硬度和强度。因此,优化工艺参数是获得优良性能产品的关键。
本发明采用粉末注射成形技术制备一次性微创手术剪刀片,可以一次成形出所具有的形状,采用模具量产的工艺,自动化程度高,产量大,无需后续加工,原材料利用率高,成本低。本发明采用超细粉末,保证烧结密度和表面光洁度。本发明通过选用超细粉末和新型粘结剂配方解决了剪刀片薄弱刃口区在注射过程中容易造成未注满问题,保证剪刀片的良好剪切效果。本发明采用一整套优化的工艺参数,能确保剪刀片的变形量在±-0.02mm内,以满足剪刀片配对的高精度要求。
基于金属粉末共注射成形技术的上述优点,本发明利用该技术方法获得一次性微创手术剪刀片,该技术的原理是将不锈钢粉末基体材料与粘结剂经过混炼、制粒获得均匀喂料,然后采用粉末注射成形技术,完成喂料的注射,获得剪刀片的注射坯,然后经过脱脂工艺将粘结剂脱出,并将脱脂后的坯体进行烧结,最终进行热处理强化从而获得一次性微创手术剪刀片产品。
综上所述,本发明采用粉末注射成形技术制备微创手术剪刀片,可以一次成形出所具有的形状,采用模具量产的工艺,自动化程度高,性能好,产量大,无需后续加工,原材料利用率高,成本低,从而能实现微创手术剪的一次性推广。
附图说明
图1为配对剪刀片装配后的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步具体说明。
实施例1:
a、以平均粒径为8um的17-4PH不锈钢球形粉末为原料,制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇30%、植物油5%、聚乙烯35%、增塑剂5%,石蜡25%,置叶片式混料机中,在150℃温度下混合1h;
c、喂料的制备:粘结剂与17-4PH不锈钢球形粉末按照体积比为50%在混料机中于180℃温度下混炼2h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度185℃,注射压力90MPa,注射速度2cm3/s,模温110℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以10℃/min速度加热至300℃保温2小时,5℃/min速度加热至420℃保温2小时,然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率4℃/min至650℃,然后快升温速率10℃/min至烧结温度1350℃,保温2.5h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1040℃保温固溶1小时,再降温到450℃时效4小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
实施例2:
a、以平均粒径为8um的440C不锈钢球形粉末为原料制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇30%、植物油10%、聚乙烯30%、增塑剂5%,石蜡20%,置叶片式混料机中,在180℃温度下混合1.5h;
c、配料:粘结剂与440C不锈钢球形粉末按照体积比为55%的比例获得喂料,然后在混料机中于185℃温度下混炼2h。
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度185℃,注射压力80MPa,注射速度2cm3/s,模温100℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以10℃/min速度加热至300℃保温1.5小时,5℃/min速度加热至420℃保温1小时,然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率4℃/min至650℃,然后快升温速率10℃/min至烧结温度1330℃,保温4h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1050℃保温0.5小时,再降温到450℃保温4.5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
实施例3:
a、以平均粒径为9um的17-4PH不锈钢球形粉末为原料,制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇10%、植物油25%、聚乙烯35%、增塑剂10%,石蜡20%,置叶片式混料机中,在140℃温度下混合2h;
c、喂料的制备:粘结剂与17-4PH不锈钢球形粉末按照体积比为40%在混料机中于140℃温度下混炼3h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度145℃,注射压力120MPa,注射速度3cm3/s,模温80℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以9℃/min速度加热至280℃保温1小时,4℃/min速度加热至420℃保温2小时,然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率4℃/min至650℃,然后快升温速率10℃/min至烧结温度1250℃,保温5h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1030℃保温固溶1小时,再降温到450℃时效5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
实施例4:
a、以平均粒径为10um的440C不锈钢球形粉末为原料制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇50%、植物油19%、聚乙烯15%、增塑剂1%,石蜡15%,置叶片式混料机中,在190℃温度下混合1h;
c、配料:粘结剂与440C不锈钢球形粉末按照体积比为40%的比例获得喂料,然后在混料机中于190℃温度下混炼2h。
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度195℃,注射压力100MPa,注射速度2cm3/s,模温90℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以11℃/min速度加热至280℃保温1.5小时,5℃/min速度加热至420℃保温1小时,然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率5℃/min至600℃,然后快升温速率10℃/min至烧结温度1300℃,保温4h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1080℃保温0.5小时,再降温到450℃保温4.5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
实施例5:
a、以平均粒径为10um的17-4PH不锈钢球形粉末为原料,制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇10%、植物油5%、聚乙烯30%、增塑剂5%,石蜡50%,置叶片式混料机中,在150℃温度下混合1h;
c、喂料的制备:粘结剂与17-4PH不锈钢球形粉末按照体积比为60%在混料机中于160℃温度下混炼1.5h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度165℃,注射压力60MPa,注射速度1cm3/s,模温130℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以10℃/min速度加热至250℃保温2小时,6℃/min速度加热至400℃保温2小时,然后以13℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率6℃/min至650℃,然后快升温速率9℃/min至烧结温度1380℃,保温3h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1060℃保温固溶1小时,再降温到450℃时效4小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
实施例6:
a、以平均粒径为9um的440C不锈钢球形粉末为原料制备一次性微创手术剪刀片;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇30%、植物油10%、聚乙烯25%、增塑剂5%,石蜡30%,置叶片式混料机中,在180℃温度下混合1.2h;
c、配料:粘结剂与440c不锈钢球形粉末按照体积比为60%的比例获得喂料,然后在混料机中于190℃温度下混炼1.5h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度185℃,注射压力70MPa,注射速度2cm3/s,模温195℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以10℃/min速度加热至250℃保温1.5小时,5℃/min速度加热至350℃保温1小时,然后以17℃/min的速度加热至750℃进行热脱脂。
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行,先抽真空,真空度为10-3Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先慢升温速率5℃/min至620℃,然后快升温速率11℃/min至烧结温度1350℃,保温4h,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:在真空炉中加热到1050℃保温0.5小时,再降温到450℃保温4.5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片,参见图1。
本发明的创新点:
a、设计创新:利用粉末注射成形工艺,一次性获得了微创手术剪刀片。
b、工艺创新:采用金属粉末注射成形技术,通过模具注塑、脱脂烧结和热处理可实现大批量生产。本发明采用17-4PH或440C材质,既满足生物相容性要求又保证剪刀较高的硬度;本发明选用超细粉末和新型粘接剂配方,以良好的流动性填充整个模腔,特别是薄弱的刃口,并能在脱脂过程中有效脱除;本发明针对剪刀片制定一整套优化的工艺参数,使剪刀片的变形量在±0.02mm内,使最终得到的产品达到优良的性能要求。
以上所述,仅为本发明部分实例,故不能以此限定本发明的实施范围,依本发明申请专利范围及说明书内容所做的等效变化与修饰,皆应仍属本发明专利涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种一次性微创手术剪刀片的制备方法,将不锈钢粉末基体材料与粘结剂经过混炼、制粒获得均匀喂料,然后采用粉末注射成形技术,完成喂料的注射,获得剪刀片的注射坯,然后经过脱脂工艺将粘结剂脱出,并将脱脂后的坯体进行烧结,最终进行热处理强化从而获得一次性微创手术剪刀片产品,其特征是:包括步骤如下:
a、不锈钢粉末材料的选择:选取17-4PH或440C不锈钢作为基体材料,选择平均粒径小于10um的球形粉末;
b、粘结剂的制备:按重量百分比,取聚乙二醇10~50%、植物油5~25%、聚乙烯15~35%、增塑剂1~10%,石蜡15~50%,置于混料机中,在140℃~190℃温度下混合1~2小时;
c、喂料的制备:将基体材料粉末与粘结剂进行混炼、制粒获得流动性能良好的均匀喂料,粘结剂与基体材料粉末配得的喂料中粘结剂所占的体积比范围为40%~60%,将配比好的基体材料粉末与粘结剂喂料置于混料机中在140℃~190℃温度下混合1.5~3h;
d、注射成形:将上述混料置于注射成形机内,以注射温度145℃~195℃,注射压力60Mpa~120MPa,注射速度1~3c m3/s,采用热流道***,模温80℃~130℃条件下,加工成坯件;
e、脱脂:首先将坯件溶解石蜡和植物油组分;然后进行脱脂;
f、烧结:将坯件在真空烧结炉内进行烧结,先抽真空,真空度小于10-1Pa开始充氮气,至正压开始升温,采用两段升温速率:先以慢升温速率4~6℃/min升温至600~650℃,然后快升温速率9~11℃/min升至烧结温度1250℃~1380℃,保温3~5小时,最后随炉冷却至室温;
g、热处理:将坯件在真空炉中加热到1030℃~1080℃保温0.5~1小时,再降温到450℃~500℃时效4~5小时,即可获得性能优异的一次性微创手术剪刀片。
2.根据权利要求1所述的一次性微创手术剪刀片的制备方法,其特征是:上述步骤(b)和(c)中所述的混料机为叶片式混料机。
3.根据权利要求1或2所述的一次性微创手术剪刀片的制备方法,其特征是:上述步骤(e)中所述的脱脂的工艺条件是:首先将坯件置二氯甲烷中,溶解石蜡和植物油组分;然后在氩气气氛中,以9~11℃/min速度加热至250~300℃保温1~2小时,4~6℃/min速度加热至350~420℃保温1~2小时,然后以13~17℃/min的速度加热至720~750℃进行热脱脂。
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