뼈 나사 및 앵커의 스위스 가공

정형외과 및 치과 적용을 위한 정확하고 복잡한 기능 구현

다른 많은 의료 기기와 비교할 때 뼈 나사는 겉보기에 단순한 구조를 가지고 있습니다. 한쪽 끝에 머리가 있고 다른 쪽 끝에 끝이 있는 나사산 실린더입니다. 그러나 뼈 나사(앵커라고도 함)의 설계에는 놀라울 정도로 복잡할 수 있습니다.

그렇기 때문에 정밀 CNC 스위스 스타일 가공은 최종 용도에 적합한 특징과 기능을 뼈 나사에 부여하는 설계를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다.

뼈 나사의 기본 구조

대부분의 사람들에게 친숙한 일반적인 나무 나사와 마찬가지로 뼈 나사의 구조에는 다음과 같은 기본 특성이 있습니다.

• 머리 나사의 상단은 나사 삽입을 돕는 평평한 표면입니다.
• 팁 나사의 다른 쪽 끝은 머리 반대쪽입니다.
• 길이 나사의 샤프트(또는 몸체)는 머리에서 끝까지 측정됩니다.
• 피치 나사의 1개는 나사가 360º 회전할 때마다 이동한 거리입니다.
• 주경 나사 1개는 나사산의 한 봉우리에서 반대쪽의 다른 봉우리까지 나사의 총 두께입니다.
• 작은 지름 나사를 포함하지 않은 나사의 두께입니다. 나사가 삽입될 파일럿 구멍의 크기가 작은 지름과 같아야 하기 때문에 이 점을 아는 것이 중요합니다.

뼈 나사를 사용하는 이유

뼈 나사의 주요 기능은 뼈 골절을 복구하는 것입니다. 일반적으로 나사는 뼈 움직임의 힘을 뼈가 더 빨리 치유될 수 있도록 뼈를 제자리에 고정하는 압축으로 변환합니다.

뼈 나사의 사용은 20세기 초반으로 거슬러 올라갑니다. 그때는 외과의사인 William O'Neill Sherman이 판과 그가 뼈에 부착하도록 수정한 기존 나사를 사용하여 골절 고정을 개척했을 때였습니다.

오늘날 뼈 나사는 다양한 정형외과 및 교정 분야에서 사용됩니다. 정형 나사는 주로 뼈를 고정하거나 뼈에 연조직(힘줄 등)을 부착하는 데 사용됩니다. 치과에서 뼈 나사는 일반적으로 대체 치아와 같은 다른 것을 고정하는 앵커 역할을 합니다.

예상대로 현대의 뼈 나사는 Doc Sherman의 버전보다 더 정확하고 전문화되어 있습니다. 당연히 CNC Swiss 가공은 나사의 고정 방법이나 뼈나 다른 조직에 대한 접착력을 향상시키는 정밀한 형상을 생성하는 데 자주 사용되는 방법입니다.

다른 뼈, 다른 나사

피치가 다른 시판되는 4개의 뼈 나사의 강도를 비교한 연구에서 나사의 고정력은 뼈의 밀도, 나사산의 디자인 및 뼈와 맞물리는 나사 수와 상관관계가 있었습니다. 뼈의 유형에 따라 밀도가 다르기 때문에 뼈의 유형이 나사 디자인에 영향을 미치는 것은 당연합니다.

피질(또는 조밀한) 뼈 뼈의 단단하고 조밀한 외층을 구성하여 인체에 지지 구조를 제공하고 내부 장기를 보호하는 데 도움을 줍니다. 이 부드럽고 하얗고 견고한 뼈는 성인 체중의 약 80%를 차지합니다.

해면골 (해면골이라고도 함)은 인간 뼈의 내부 조직 네트워크를 형성하며 일반적으로 다른 뼈의 끝, 관절 근처 및 척추 내부에서 발견됩니다. 해면골은 피질골보다 밀도가 낮고 약간 부드럽고 유연합니다.

따라서 CNC Swiss 가공을 사용하여 나사산, 피치 및 사용할 뼈의 유형에 따라 다양한 기능을 가진 나사를 만들 수 있습니다.

• 피질 나사 — 피질 나사라고도 하는 — 피질 뼈에 삽입할 때 단단히 고정되고 최대의 안정성을 제공하도록 설계되었습니다. 이 강한 나사는 전체 길이를 따라 밀접하게 간격을 둔 얕은 나사산이 있는 작은 피치를 가지며 일반적으로 끝이 뭉툭합니다. 피질 나사의 길이는 일반적으로 0.059”(1.5mm)에서 0.177”(4.5mm) 사이입니다.

• 해제 나사 해면골 고정용으로 설계된 , 피질 나사보다 길이가 길고 피치가 큽니다. 해면 나사산은 더 깊게 절단되고 간격이 넓으며 샤프트는 전체 나사산 또는 부분 나사산만 가능합니다. 나사의 길이는 일반적으로 0.138"(3.5mm) ~ 0.256"(6.5mm)입니다.

뼈 나사 디자인의 기타 변수

나사산 및 피치의 변형 외에도 뼈 나사에는 CNC Swiss 가공의 정밀 기능 덕분에 생성된 구멍, 계단, 슬롯 및 기타 기능이 있을 수 있습니다. 예를 들어 특정 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 유형의 뼈 나사 머리를 만들 수 있습니다.

• 치아 고정용 나사에는 교체 치아를 누를 수 있는 테이퍼 헤드가 있을 수 있습니다.
• 나사 나사 머리를 사용하여 뼈 나사와 그 부착물(예:플레이트)을 제자리에 고정하여 안정성을 높일 수 있습니다.
• 삽입을 위해 드라이버를 사용할 수 있도록 육각 나사 머리가 일반적으로 사용됩니다.

스위스 기계 뼈 나사는 다양한 나사 삽입 기술을 지원하는 다양한 팁 디자인을 활용할 수도 있습니다.

• 태핑 방지 나사 파일럿 구멍을 만들고 구멍 내부에 실을 두드려 삽입되는 부드럽고 둥근 팁이 있습니다.
• 셀프 태핑 나사 나사가 파일럿 구멍에 삽입되면 나사가 자체 나사산을 두드릴 수 있도록 절단 플루트가 있습니다. 예를 들어, 해면골은 피질골보다 밀도가 훨씬 낮기 때문에 해면 나사는 셀프 태핑입니다. 즉, 나사가 삽입될 때 해면 나사가 뼈의 경로를 자릅니다.
• 자체 드릴링 나사 파일럿 구멍이나 다른 준비가 필요 없이 그대로 삽입할 수 있습니다. 나사는 자체 파일럿 구멍을 만들고 셀프 태핑도 가능합니다.

독특한 나사 디자인의 장점

의료 기기 회사는 고유한 뼈 나사 디자인 변형을 만들어 차별화하고 경쟁 우위를 제공하는 고유한 제품을 만들 수도 있습니다.

앵커 제조업체에 이익이 되는 것 외에도 특허를 받을 수 있는 독점 설계는 CNC 스위스 스타일 기계 가공이 매우 복잡한 설계를 만들 수 있는 기회와 도전을 만듭니다. 예를 들어, 더 복잡한 모양은 스위스 기계 가공의 세분화 기술이 더 정교한 기계 공장이 고객의 복잡한 설계 요구를 충족할 수 있도록 하는 완벽한 예입니다.

일체형 구조로 의료 기기를 설계하는 또 다른 기본 원칙은 종종 가공 관점에서 부품을 더 복잡하게 만들 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 스위스 머시닝은 제조업체가 여러 부품 중 하나의 고장으로 인해 장치가 분해되거나 문제가 발생할 위험을 최소화하는 단일 구성 요소 설계를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 뼈의 성장과 접착에 긍정적인 영향을 미치기 위해 뼈 나사에 다양한 표면 수정(아래 참조)을 추가할 수 있습니다.

뼈 나사에 대한 특정 재료 고려사항

정형외과 및 치과용 뼈 나사와 앵커는 한 세기 이상 동안 금속 합금으로 만들어졌습니다. 즉, 고강도, 내식성 및 생체적합성이 적절히 조합된 재료를 파악하는 데 많은 시간이 걸렸습니다.

오늘날의 제조업체는 일반적으로 ASTM(American Society for Testing and Materials) 또는 ISO 사양을 충족하는 임플란트 등급 재료를 선택합니다. 따라서 올바른 특징과 기능을 가진 뼈 나사를 만들려면 스위스에서 다양한 재료를 가공할 수 있어야 하며 각 재료는 고유한 특성을 가지고 있어야 합니다.

스테인리스 스틸은 의료 기기에서 널리 사용되며 뼈 나사에 사용할 수 있지만 지난 수십 년 동안 티타늄의 사용이 증가했으며 고유한 특성과 장점으로 인해 선택된 다양한 특수 금속이 사용되었습니다.

예:티타늄 - 순수 및 합금 버전으로 제공됨 - 목표가 경량 및 고강도이거나 장치가 다른 티타늄 구성요소와 결합하거나 연결해야 할 때 자주 사용됩니다. 티타늄 나사는 하악 골절을 치료할 때 자주 사용됩니다.

티타늄 합금 Ti-6Al-4V ELI (titanium-6aluminum-4vanadium extra low interstitials)은 가볍고 내식성이며 강하고 생체 적합성입니다. 용융 공정 중 엄격한 제어로 인해 연성과 강도가 추가된 재료가 생성되어 티타늄 ELI를 뼈 나사 및 기타 의료 기기용으로 인기 있고 내구성 있는 선택으로 만듭니다.

니티놀(NiTi) 변형 없이 많은 양의 응력을 견딜 수 있는 능력 때문에 때때로 선택됩니다. 즉, 뼈 나사 또는 기타 장치가 영구적으로 고정되지 않고 약간 늘어나거나 변경되어야 하는 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

뼈 나사 및 앵커의 스위스 가공에서 종종 상호 교환적으로 사용되는 기타 고강도 및 생체 적합성 재료는 다음과 같습니다.

• MP35N ^® 및 유사한 35N LT ^® (저티타늄), 미량의 티타늄이 제거된 MP35N의 용융으로 더 나은 피로 수명 제공
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® , Conichrome ^® 및 ASTM F1058 및 ISO 5832-7에 의해 지정된 기타 합금

골융합 촉진을 위한 표면 처리

금속 절단에서 표면 마감은 매우 중요한 주제입니다. 뼈 나사 및 스위스 가공의 경우 표면 처리는 독특한 주제입니다.

일부 뼈 나사는 일시적이므로 결국 제거되지만 대부분은 제자리에 고정됩니다. 결과적으로 나사의 표면 마감은 뼈 성장을 촉진하여 나사가 단단히 박혀 있고 뼈가 그 주위에서 자랄 수 있도록 하는 것과 많은 관련이 있습니다.

과학자들이 골유착을 촉진하기 위해 적용할 수 있는 특수 코팅을 개발하는 작업을 계속하는 동안(한 예에 대해 읽어보십시오), 나사 제조업체는 더 거친 마감재와 기타 다른 유형의 표면이 뼈 성장을 촉진하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 발견했습니다.

직접 레이저 소결(3D 금속 인쇄라고도 함)의 발명은 이전에 달성할 수 없었던 수준의 다공성을 달성할 수 있게 하여 거친 표면 마감을 넘어 골유착을 촉진합니다. 이것이 바로 3D 제조가 뼈 나사 및 기타 많은 의료 기기 응용 분야의 미래가 될 수 있는 이유입니다.

그러나 정형외과용 뼈 나사와 치과용 앵커를 만드는 데 사용되는 대부분의 재료는 열처리가 불가능합니다. 대신 3D 금속 프린팅으로는 할 수 없는 냉간 가공으로 힘을 얻습니다.

즉, 여전히 레이저 소결 전에 스위스 가공 막대 또는 와이어로 시작해야 합니다!

스위스 머시닝 vs. 뼈 나사용 3D 레이저 프린팅?

3D 금속 프린터는 무엇이든 할 수 있다고 말하지만 냉간 가공은 뼈 나사에 대한 모든 응용 프로그램을 3D 인쇄할 수 있기 전에 극복해야 하는 과제 중 하나입니다. 그때까지 스위스 스타일의 머시닝은 냉간 가공 재료를 봉재로 시작하는 이점이 있습니다.

3D 프린팅의 마법은 적층 공정으로서 공극을 생성할 수 있다는 것입니다. 가벼운 무게와 다공성을 위해 스위스 기계가 따라갈 수 없는 이점입니다. 그러나 나사산, 구멍, 계단 및 나사의 기능에 중요할 수 있는 기타 기능의 경우 더하기 및 빼기 공정 모두 동일한 치수 최종 결과를 산출합니다.

귀하의를 위한 CNC 스위스 스타일 선삭의 특성과 장점에 대해 자세히 알아보려면 의료 기기 또는 기타 응용 프로그램을 보려면 무료 가이드 Swiss Machine FAQ를 다운로드하세요. .