医療機器のCNC加工の概要

医療機器のCNC加工において、 CNC加工 は、その高精度、高均一性、柔軟な適応性により、産業革新の中核技術となっている。金属強度と非金属の生体適合性の両方に対してカスタマイズされたソリューションを提供でき、複雑な医療ニーズに応えることができる。この記事では、精密医療機器における金属材料と非金属材料の応用特性、利点、典型的なシナリオを探る。

一般的な精密医療機器材料：

金属材料強度と耐久性

チタン合金

特徴 チタン 合金は、高強度、低密度、耐食性、生体適合性で知られている。その弾性率は人骨の弾性率に近く、応力遮蔽効果を低減する。

応用分野
整形外科用インプラント：例えば 股関節 プロテーゼ 膝関節 コンポーネントや脊椎固定システムは、長期的な荷重に耐え、人体組織と直接接触する必要がある。

歯科インプラントパーソナライズされたマッチングはCNCによって達成される マイクロマシニングインプラントの成功率は向上する。

手術器具：生検鉗子やブレードクランプなど、オートクレーブ滅菌と切れ味の維持が必要なもの。 加工の利点： CNC5軸リンケージ技術により、複雑な曲面（接合球面など）の鏡面研磨が可能となり、面粗度Ra0.2を達成し、摩擦係数を低減する。

ステンレス鋼

特徴耐食性とコストパフォーマンスを核心的な利点とする。 316L このモデルは、炭素含有量が低いため、医療グレードの用途に適している。

アプリケーション
一時的なインプラント：骨折の固定に用いる骨プレートやスクリューなどで、術後は取り外し可能。

手術器具：手術用はさみや鉗子など、頻繁な滅菌と構造的安定性の維持が必要なもの。

流体コネクター：注射針やカテーテルコネクターなど、耐薬品性腐食性が要求されるもの。

加工の利点：以下の組み合わせ CNC旋盤加工 そして ミーリング は、ねじ加工を効率的に完了させ、ねじの精度とマイクロクラックのない表面を保証します。

コバルト・クロム 合金

特徴高い強度と耐摩耗性を兼ね備え、チタン合金よりも優れた耐疲労性を持つ。

アプリケーション
人工関節人工膝関節や寛骨臼カップなど、高負荷用途に適している。

心臓ステントレーザー切断とCNC研磨によって達成されるミクロン単位の精度が要求される。

加工の利点特殊な切削工具と冷却技術により、高い靭性による工具固着の問題を解決し、±0.005mm以内の寸法公差を保証します。

非金属材料（CNC加工用プラスチック）：生体適合性と機能革新

覗き見(ポリエーテルエーテルケトン）

特性骨組織に近い弾性率（3～4GPa）、耐高温性（260℃）、耐薬品腐食性、優れたX線透過性。

アプリケーション
脊椎固定装置：従来の金属製インプラントに取って代わり、術後の画像干渉を軽減。

頭蓋固定用スクリュー：診断に影響する金属アーチファクトを避けるため、脳神経外科の修復に使用される。

カスタマイズ義足：3DスキャニングとCNC加工を組み合わせることで、軽量かつパーソナライズされたフィット感を実現。

加工の利点：Micro-CNC技術は、マイクロギアや整形外科用ノコギリガイドプレートなど、50マイクロメートル以下の部品を製造することができます。

PLA（ポリ乳酸）

特性生分解性があり、体内で徐々に水と二酸化炭素に分解されるため、二次的な手術を避けることができる。

アプリケーション
靭帯固定用釘：前十字靭帯再建などのスポーツ医学修復に使用される。

薬物放出キャリアCNCマイクロポーラス加工により薬物放出速度を制御。

加工の利点： CNCフライス加工 は、複雑な形状を実現し、分解速度を組織の治癒サイクルと一致させることができる。

PTFE(ポリテトラフルオロエチレン）

特性極めて化学的に不活性、低摩擦係数（0.04-0.1）、高温耐性（260℃）。

アプリケーション
シール：体外診断用機器に使用される。 PCR装置)で試薬の漏れを防ぐ。

カテーテルライナー：血液や薬剤と金属表面との接触を減らし、血栓症のリスクを下げる。

加工の利点： CNC旋盤加工 は超薄肉チューブ（肉厚0.1mm）の製造が可能で、低侵襲手術のニーズに対応している。

医療機器のCNC加工における一般的な加工ステップ

3軸CNC:平面・穴加工

適用材料： アルミニウム 合金、ステンレス鋼、チタン合金、エンジニアリングプラスチック（例えば 覗き見).

加工に必要な条件：
基本的な成形：ブラケット・チューブの切断、骨プレートの輪郭の粗いフライス加工、平面、段差、溝などの簡単な構造材の除去など、加工物の初期輪郭を素早く切断する。

穴加工：標準的な垂直穴（ねじ下穴、位置決め穴など）のドリル加工とフライス加工。複雑な穴加工には多軸工作機械が必要。

効率優先：大きな材料除去に適し、精度と 表面品質 その後のプロセスに依存する。

4軸CNC:微細穴および角穴位置決めフライス加工

適用材料チタン合金、PEEK、ステンレス鋼、その他微細穴加工や角穴加工が必要な材料。

加工に必要な条件：
角度付き穴加工：回転軸を介して工具の角度を調整することで、骨ネジのネジ穴のような3軸加工における「オーバーカット」や「アンダーカット」の問題を解決します。

微細穴加工：直径≤0.5mmの微細穴を実現し、穴径公差と同軸度誤差を制御します。

5軸CNC:複雑な表面と多面的な精密加工

適用材料チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼、セラミックスなどの難加工金属や複合材料。

機械加工の要件：
3次元表面加工：心臓弁ステントの波状の骨組みや人工関節のボールとソケットの表面のような複雑な構造を形成し、干渉を避けて形状精度を確保します。

多面加工：1回のクランプで多面加工が完了し、位置決め誤差を低減。薄肉で変形しやすいワークに適しています。

CNC研削:超精密表面処理と大面積材料除去

適用材料チタン合金、コバルトクロム合金、セラミックス、超硬合金など、高い表面品質が要求される材料。

機械加工の要件：
表面研磨：粗さをRa0.2以下にし、ツールマークや応力集中をなくし、生体適合性を向上させる。

エッジ処理：ステントのエッジや骨ネジの先端を面取り・バリ取りし、組織の傷を防ぐ。

ワイヤー放電加工(EDM):密閉キャビティと脆性材料の加工

適用材料ニッケルチタン合金、ステンレス鋼、超硬合金、導電性セラミックスなど

加工に必要な条件：

密閉キャビティ加工：ステントの薬剤溶出室や手術器具の細長い溝など、密閉された領域をエッチングし、キャビティの寸法公差を管理する。

脆性材料の加工：セラミックスや超硬合金の微細構造加工で、機械的切削によるチッピングを回避。

CNC旋盤加工:回転部品からの余分な材料の除去

適用材料ステンレス鋼、チタン合金、PEEK、グラッシーカーボン、その他高い同軸度を必要とする材料。

加工に必要な条件：

ねじ加工：骨ネジ、カテーテルコネクターなどの高精度ネジ加工。 国際標準化機構 の基準を満たす。

テーパーと端面の仕上げ：ステント接続端のテーパーまたは端面の平坦度を機械加工し、組立クリアランスが要件を満たすようにする。

プロセスの概要

• 3軸CNC:パイプや板材を荒削りし、最初の輪郭を形成し、取り代を残す。
• 4軸CNC:微細な穴や角穴を加工し、位置決め角度と穴径の精度を確保する。
• 5軸CNC:複雑な曲面や構造物の仕上げ加工、重要な寸法精度の管理。
• CNC研削:ワークピースを薄くし、余分な材料を取り除き、表面を研磨し、表面仕上げを改善すること。
• ワイヤー放電加工機:閉鎖空洞のエッチング、肉厚均一性のコントロール。
• CNC旋盤加工:真円度、テーパー、ねじ山を仕上げ、組立と機能的信頼性を確保する。

CNC加工の利点：正確な制御 プロトタイプ 大量生産へ

複雑な構造の実現：5軸リンク技術は、従来の方法では実現が困難な曲面（人工関節の球面など）や微小孔構造（薬剤溶出ステントなど）の加工が可能です。

材料適応性：チタン合金からPEEKまで、 CNC加工 工具と切削パラメータを調整することにより、異なる材料の性能の完全性を保証します。

品質の一貫性：オンライン検査システムは、寸法と表面粗さをリアルタイムで監視し、公差を±0.01mmまで制御します。 ISO 13485.

迅速な反復能力：CAD/CAMソフトウェアと組み合わせることで、CNCマシニングは数時間以内に設計変更とプロトタイプ製造を完了し、製品の発売を加速することができます。

要約：どのように CNC加工 医療機器製造の未来が変わる

CNC加工は金属材料と非金属材料を深く統合し、医療機器の高精度化、個別化、機能統合化を推進します。チタン合金製人工関節の鏡面研磨からPEEK製脊椎固定器具の微細孔成形に至るまで、CNC技術は医療安全基準を厳守するだけでなく、材料と工程の最適化を通じて患者の体験を向上させる。統合された 3Dプリンティング やCNC機械加工（初期印刷や仕上げなど）により、カスタマイズされたインプラントの効率が向上し、コストが削減されるため、個別化医療の実現が加速される。

医療機器のCNC加工に関するFAQ