采用超临界二氧化碳铣削医用塑料，你会发现..

研究所介绍

精密加工研究所 (KSF) 位于德国图特林根—欧洲医疗器械行业的中心，是德国福特旺根大学的一个研究所。KSF一直致力于研究如何应对难切削材料加工中的挑战，以及如何提升加工效率和精度。

超高分子量聚乙烯材料加工应用
超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 是医用整形外科中常用的材料，其耐用、低摩擦的表面可用作垫片，确保膝关节、髋关节和肩部植入体的活动性。然而，用传统铣削加工这种材料会形成毛刺，这些毛刺通常需要在二次加工中手动去除。此外，由于超高分子量聚乙烯的热膨胀系数是钢的12倍以上，因此在加工中控制热量对于实现植入体达到所需的严格公差和高尺寸精度至关重要。
KSF 的研究人员研究了超临界二氧化碳冷却 (sc-CO2)对铣削过程的影响，他们使用Mikron MILL S 400U®5轴加工中心，配备 StepTec 42k 主轴，Fusion冷却系统公司的 Pure-Cut+®超临界二氧化碳输送系统和不同的铣刀(3mm 单刃立铣刀用于槽铣，6mm 球头立铣刀用于铣削胫骨滑块)。 后面的测试将向您展示干式和超临界二氧化碳条件下槽铣后毛刺形成和表面质量的对比。

测试背景
· 工件材料：超高分子量聚乙烯
· 机床：Mikron MILL S 400U®五轴铣床
· 刀具：Gühring 钴领 3mm单刃铣刀
· 刀具夹持系统：REGO-FIX 超临界二氧化碳冷却刀柄 
· 气体：Linde 林德超临界二氧化碳

干式铣削

图2

在这次测试里，我们首先采用干式铣削的方式，加工一个宽3mm，深度6mm的槽。如图2所示，您可以看到这种加工方式出来的效果，容易在槽出入口处形成大量的毛刺。

超临界二氧化碳铣削

图3

KSF研究还测试了超临界二氧化碳冷却 (SC-CO2)的加工方式，看一看其对超高分子量聚乙烯材料槽铣后的效果。 
研究所将Fusion冷却系统公司的超临界二氧化碳输送系统安装在Mikron MILL S 400U®五轴铣床上，该系统能够提供高达110bar压力的二氧化碳，其中还包括一个Pure-Cut+®MQL（微量润滑）输送系统。超临界二氧化碳与 MQL 一起被导入主轴，然后通过REGO-FIX 超临界二氧化碳冷却刀柄上的小槽，快速膨胀的超临界二氧化碳被引导至铣刀的切削刃上。同时HPM 技术公司的医疗级切削液 SENTOS V-LR15® 以 0.1 - 0.25 毫升/小时的速度被引入超临界二氧化碳中。这种特殊的润滑剂经过验证可用于医疗产品，因为它能够在室温下蒸发，不会在铣削的表面留下任何痕迹。
如图3所示，同样是加工宽3mm，深度6mm的槽，与干式加工相比，使用超临界二氧化碳加工可大大降低了毛刺的形成。

二氧化碳加工演示视频

结论
实验结果表明，采用超临界二氧化碳的加工方式可以在很大程度上减少毛刺形成，甚至可省去人工去毛刺这一步骤，这种加工工艺不仅能提高工件精度和改善表面质量，还能提升生产效率。图4是图像处理软件通过提取图1和图2的图像信息，计算出了干式铣削与超临界二氧化碳铣削时产生毛刺面积的对比图。如图所示，相较于干式铣削的方式，超临界二氧化碳加工形成的毛刺明显减少了约95%。图5所示，干式加工和超临界二氧化碳加工时槽的表面质量对比。

图4

图5