Как обработка на станках с ЧПУ LS спасает роботизированную хирургию от отказа компонентов

В медицинской сфере роботохирургия постепенно становится важным направлением развития современных хирургических операций благодаря своим преимуществам – высокой точности и низкой травматичности. Однако сложность и высокие требования к точности роботохирургии также создают серьёзные проблемы при производстве хирургических компонентов. Выход из строя компонентов не только влияет на эффективность операции, но и может поставить под угрозу безопасность пациента. Компания LS, являясь лидером в области обработки на станках с ЧПУ , успешно помогла роботохирургам избавиться от выхода из строя компонентов благодаря своим передовым технологиям обработки и индивидуальным решениям, что внесло революционные изменения в медицинскую отрасль.

Какие три части являются критически важными для хирургических роботов?

Три основных компонента хирургического робота и их функции следующие:

1. Цилиндрический шлицевой вал волновой передачи
Функция: Являясь « прецизионным передаточным сердцем » силовой передачи, он отвечает за точную передачу вращательного усилия двигателя на исполнительный механизм (например, роботизированную руку).

Особенность:

• Высокая точность: благодаря особой форме зубцов снижается погрешность передачи и обеспечивается точность хирургической операции на уровне миллиметра.
• Высокая плотность крутящего момента: эффективная передача мощности в компактном пространстве, отвечающая требованиям миниатюризации и высокой нагрузки хирургических роботов.

2. Гибкое колесо гармонической передачи

Функция: Являясь «металлической мышцей», он осуществляет передачу мощности посредством упругой деформации и может упруго деформироваться 200 раз в минуту, что соответствует потребностям высокочастотных упражнений.

Особенность:

• Высокая гибкость: способность гибкого колеса к деформации позволяет гибко регулировать передаточное отношение для адаптации к сложным хирургическим движениям.

Чрезвычайные требования к точности: величина деформации должна строго контролироваться в микронном диапазоне (например, деформация в 0,005 мм в данном случае может привести к задержке операции), в противном случае будет затронута хирургическая точность и даже возникнут потенциальные угрозы безопасности.

3. Корпуса с перекрестными роликами

Функция: Являясь «механическим шарнирным скелетом», он может выдерживать крутящий момент до 30 кг, обеспечивая устойчивость и жесткость роботизированной руки при сложных движениях.

Особенность:

• Высокая грузоподъемность: выдерживает вес хирургических инструментов и динамическую нагрузку во время работы.
• Многостепенное движение: благодаря расположению перекрещивающихся роликов реализуется многонаправленное вращение и колебание, имитирующее гибкость человеческих суставов.

Почему 72% задержек в роботизированной хирургии связаны с этими компонентами?

72% проблем с задержками в работе хирургических роботов сосредоточены в трёх ключевых компонентах: гибких колёсах гармонической передачи , корпусах подшипников с перекрёстными роликами и цилиндрических шлицах гармонической передачи. Основная причина кроется в отсутствии физических свойств материала, биосовместимости конструкции и точности производственных процессов. Ниже представлен углублённый анализ по трём направлениям: технический механизм, клиническое воздействие и решение.

Ловушка тепловой деформации: цепная реакция, вызванная микронной деформацией гибкого колеса

1. Механизм проблемы:

Традиционное гибкое колесо изготовлено из нержавеющей стали марки 304 или обычного титанового сплава, а его коэффициент теплового расширения (КТР) слишком высок (≥10,8×10⁻⁶/°C) в условиях операционной при температуре 40°C, что приводит к радиальному расширению на 0,015 мм и, как следствие, к сдвигу фазового угла гармонической передачи на 2,3°. Эта деформация приводит к:

• Искажение передачи движения: отклонение 8,7 мкм на 1 мкм деформации, усиленное до конечного эффектора (на основе гармонического соотношения 1:8,7)
• Потеря предварительной нагрузки: при высоких температурах предварительная нагрузка тарельчатой ​​пружины ослабевает на 35%, а зазор увеличивается до 12 мкм.

2. Клинические последствия:

• В случае клиники Майо деформация гибкого колеса на 0,005 мм привела к отсрочке трех операций, а повторная ошибка позиционирования роботизированной руки увеличилась с ±25 мкм до ±110 мкм.
• При глубокой стимуляции мозга фазовая ошибка в 2,3° может привести к отклонению глубины имплантации электрода до 1,2 мм.

3.Инновационные решения LS:
▸ Сплав с эффектом памяти формы Ti-Nb-Zr (КТР 6,5×10⁻⁶/°C) снижает тепловую деформацию на 40%
▸ Процесс формовки с помощью лазера: отклонение от круглости ≤ 1,5 мкм (5,2 мкм для обычного процесса)
▸ Ионное азотирование создает поверхностное сжимающее напряжение -850 МПа для противодействия тепловому расширению

Кризис биологического загрязнения: эффект усиления поверхностных дефектов в корпусах подшипников

1. Механизм проблемы:

Если шероховатость поверхности обычных корпусов составляет Ra>0,8 мкм :

• Образуются микронные углубления (глубиной 1-3 мкм), которые становятся питательной средой для бактериальной биопленки.
• Остаточная скорость проницаемости паров стерилизации увеличивается, что приводит к пятикратному увеличению скорости коррозии.
• Колебание коэффициента трения ± 0,15, вызванная нестабильность крутящего момента (± 1,5 Н·м)

2. Прорывные технологии LS:

✔ Зеркальная обработка (Ra≤0,05 мкм). Комбинированная конструкция микропористой текстуры (диаметр 50 мкм/глубина 1,5 мкм) снижает скорость прикрепления бактерий на 92%
✔ Покрытие DLC, легированное ионами серебра (толщина 80 нм), степень стерилизации MRSA 99,9%
✔ Керамическая пара роликов из нержавеющей стали Si3N4 17-4PH, скорость износа составляет всего 0,1 мкм/10 000 раз

Динамическое затухание точности: скрытая опасность отказа сплайнового зацепления

1. Динамика отказов:

• Обычные шлицы появляются после 2 миллионов циклов:
• Износ боковой поверхности зуба ≥15 мкм → снижение эффективности передачи на 28%
• Люфт накапливается до 9 угловых минут → и амплитуда конечного дрожания ± 0,3 мм
• 40% снижение жесткости на кручение (от 12 Нм/рад → 7,2 Нм/рад)

2. Типичные случаи:
Из-за износа шлицев робот SR в пекинской больнице Тяньтань увеличил время имплантации электрода SEEG с 40 до 110 минут, а отклонение траектории достигло 1,8 мм.

3.Инженерные контрмеры LS:

• Мартенситная состаренная сталь 18Ni (твердость HRC62) с медленной обработкой проволоки (погрешность формы зуба <2 мкм)
• Криогенная обработка (-196°C×24 ч) < 3% остаточного аустенита и увеличение размерной стабильности на 80%
• Система онлайн-контроля износа, предупреждение в режиме реального времени о снижении точности

4. Сравнение отраслевых решений

Эти данные подтверждают решающее влияние надежности прецизионных компонентов на роботизированные хирургические системы, а LS меняет эталон производительности хирургических роботов посредством тройной инновации: генной инженерии материалов, наномасштабного производства и проектирования биоинтерфейсов.

Какие материалы определяют надежность и долговечность?

При выборе материалов для основных компонентов хирургических роботов треугольный баланс биосовместимости, механических свойств и стерилизуемости напрямую определяет границы клинической безопасности. Ниже представлены три ключевых компонента материаловедения и их критически важные эксплуатационные характеристики:

1. Жесткое колесо волновой передачи: нержавеющая сталь 17-4PH с предельным усилением
(1) Формула материала:

Субстрат:
Нержавеющая сталь 17-4PH с дисперсионным твердением (стандарт AMS 5643)
Оптимизация состава: Cr 15,8%, Ni 4,2%, Cu 3,1%, Nb 0,3%
Твердость стали H900 после термообработки составляет HRC45, а предел текучести — 1450 МПа.

Модификация поверхности
Низкотемпературный плазменный нитридный слой (толщина 50-80 мкм)
Твердость поверхности HRC60 (эквивалентно 1900HV)
Содержание фазы ε-Fe₂₋₃N в слое соединения >85%

Проверка эффективности ключа:

2.Гибкое колесо гармонической передачи: усталостное вращение титанового сплава

(1) Материальный прорыв:

① Основной материал:

Ti-6Al-4V ELI (ASTM F136 медицинского класса)
Содержание кислорода ≤ 0,13% (0,20% для обычной марки), а вязкость разрушения увеличивается на 35%
3D-печать методом электронно-лучевой плавки (EBM) с размером зерна ≤ 8 мкм (20 мкм ≥ традиционная ковка)
② Постобработка:
Горячее изостатическое прессование (ГИП) устраняет 99,7% внутренней пористости
Лазерное ударное упрочнение (ЛУ) создает остаточное напряжение сжатия -800 МПа.

(2)Сравнение характеристик усталости:
① Традиционные ремесла:
Усталостная прочность 10⁷ циклов: 450 МПа
②Скорость роста трещины: 3,2×10⁻⁶мм/цикл

(3) Схема LS:
Усталостная прочность 10⁷ циклов: 620 МПа (увеличение на 38%)
Скорость роста трещины: 0,7×10⁻⁶мм/цикл (уменьшение на 78%)
Клинические данные: в больнице, где используется роботизированная рука с мягкими колесами LS, после проведения 1872 операций по-прежнему сохранялась 96% первоначальной точности, в то время как в контрольной группе точность снизилась до 74%.

3. Подшипниковое гнездо: биоинтерфейсная инженерия керамического покрытия

(1) Структура материала:
① Субстрат:
Мартенситная сталь (18Ni-300)
Прочность на изгиб 2800 МПа, вязкость разрушения 90 МПа·√м
② Покрытие:
Плазменное напыление Al₂O₃+13%TiO₂
Толщина 150±20 мкм, пористость <1%
Состав кристаллической фазы: α-Al₂O₃＞92%, рутил TiO₂＜8%

4. Линия жизни и смерти выбора материала

Жесткий круг: должен соответствовать твердости HRC58+ и пределу текучести >1000 МПа одновременно, в противном случае это приведет к:

• Пластическая деформация поверхности зуба >5 мкм/10 000 раз
• Ослабление эффективности передачи гармоник >15%/год

Гибкое колесо: срок службы до появления усталостных трещин должен быть >5×10⁶ раз, в противном случае:

• Риск внезапного перелома ↑300% (база данных FDA MAUDE)
• Повторная ошибка позиционирования конца руки робота превышает ±50 мкм

Гнездо подшипника: Прочность сцепления между покрытием и подложкой должна быть >80 МПа, чтобы избежать:

• Керамические отслоившиеся фрагменты, вызывающие повреждение тканей
• Колебание момента трения >±20% (влияет на ощущение хирургической операции)

Каким образом 5-осевая обработка на станках с ЧПУ позволяет достичь «хирургической» точности?

Благодаря сочетанию многокоординатного соединения, высокоточного управления и передовых технологий, 5-координатная обработка на станках с ЧПУ (числовым программным управлением) позволяет достичь точности обработки на микронном и даже наноуровне, что отвечает требованиям медицинских хирургических роботов и других областей, где предъявляются чрезвычайно высокие требования к точности. Ниже представлен обзор ключевых технологий, обеспечивающих точность «хирургического уровня»:

1. Система динамической компенсации
Компенсация тепловой деформации: база данных КТР материалов с 16-канальным инфракрасным измерением температуры, коррекция погрешности в реальном времени 0,002–0,008 мм
Подавление вибрации: активный демпфер контролирует амплитуду ≤ 0,25 мкм (превышает стандарт ISO 230-3)
Управление инструментом: мониторинг акустической эмиссии. Адаптивная подача, фреза 0,5 мм обеспечивает точность ± 1 мкм до 150 часов.

2. Нанообработка поверхности
Алмазная суперфинишная обработка:
Радиус режущей кромки ≤ 50 нм
Гравировка канавки дефлектора 20–50 мкм увеличивает эффективность удаления мусора на 76%
Шероховатость поверхности Ra 0,02 мкм (проверено СЭМ)
Градиентная полировка : комбинированный магнитореологический ионно-лучевой процесс, остаточное напряжение оптимизировано до -150 МПа

3. Платформа для обработки медицинских препаратов (серия LS)

Доказательства фактической стрельбы:

• Погрешность обработки формы зуба гибкого зубчатого колеса ±0,0015 мм (класс точности 1 по GB/T 10095)
• Охлаждение масляным туманом при постоянной температуре (20±0,5°C)
• Радиальное биение шпинделя ≤ 0,2 мкм

Клинически подтверждено

• Радиус режущей кромки ортопедической развертки ≤ 2 мкм (обычный 8-10 мкм)
• Шероховатость поверхности кости 3,8 мкм (обычная 12,5 мкм)
• 52% улучшение стабильности протеза (480 Н против 320 Н)
  Благодаря алгоритмам физической компенсации, контролю поверхности на атомном уровне и специализированным медицинским процессам 5-осевой ЧПУ компании LS достигает :
  ✓ Субмикронная точность (±0,5 мкм)
  ✓ Стабильность 3000 циклов стерилизации
  ✓ Стандарты сертификации медицинских изделий класса III FDA

Почему J&J и Stryker доверяют таможенным услугам LS RPF?

Компании Johnson & Johnson и Stryker полагаются на индивидуальные услуги LS, основываясь на следующих ключевых факторах:

1. Самые высокие стандарты сертификации в мире

• Двойная сертификация по ISO 13485 FDA 21 CFR 820 с самым низким в отрасли уровнем дефектности — всего 0,12 DPM
• Полная прослеживаемость процесса (лазерная маркировка UDI, архивирование данных в течение 15 лет)
• Гарантия биосовместимости (полный тест USP класса VI ISO 10993)

2. Превысить предельное значение в 3 раза по сравнению с отраслевым

• 5 000 000 испытаний на усталость для гибких колес (отраслевой стандарт 1 500 000 испытаний)
• 3000 циклов автоклавирования (300 в промышленности)
• Отзыв инженера Леонардо да Винчи: «LS Rigid Wheel обеспечивает эффективность соединений на уровне 92%»

3. Глубокое индивидуальное сотрудничество

• Корпус Johnson & Johnson: титановый сплав, напечатанный на 3D-принтере, вес снижен на 31,5%, жесткость увеличена на 22%
• Спасательная операция Stryker Emergency Rescue: 72 часа на замену дефектных материалов и предотвращение убытков в размере 3,8 млн долларов

Основные преимущества:
✅ Высокоточное производство медицинского класса (Ra 0,02 мкм, погрешность ± 0,5 мкм)
✅ Длительный срок службы (среднее время безотказной работы 7500 ч ↑, степень износа ↓90%)
✅ От поставщика к стратегическому партнеру (совместные НИОКР, ускорение инноваций)
Верхний предел производительности хирургических роботов зависит от уровня производства основных компонентов — именно поэтому гигант выбрал LS.

Что происходит, когда поле боя встречается с наномасштабной точностью?

В экстремальных боевых условиях традиционные механические компоненты часто быстро выходят из строя из-за пыли, ударов и перепадов температур, что приводит к параличу критически важного оборудования. Однако технологии нанопрецизионного производства меняют ситуацию, особенно в области полевых хирургических роботов, дронов и мобильных медицинских устройств. Вот как сравниваются реальные характеристики и характеристики высокоточных деталей в условиях боевых действий:
1. Измерение в афганском полевом госпитале: 400 часов безотказной работы подшипника
Экологические проблемы: песчаные бури (концентрация PM10 > 2000 мкг/м³), разница дневных и ночных температур 40°C, частые вибрации
Характеристики корпуса с перекрестными роликами LS:
Конструкция с нулевой смазкой: самоуплотняющаяся конструкция предотвращает попадание песка и пыли, снижая износ на 92%
Антикоррозийное покрытие: керамическое покрытие Al₂O₃, в 8 раз более устойчивое к коррозии в солевом тумане (стандарт ASTM B117)
Результаты измерений: 400 часов непрерывной высокоинтенсивной работы, точность вращения сохраняется на уровне ± 1,5 мкм (традиционные подшипники выходят из строя через 72 часа)

2. Ударопрочная конструкция: ячеистая топология против падений на поле боя

Испытание на падение с высоты 1,5 метра (имитация падения устройства с автомобиля Hummer):

Ключевые нововведения:

Топология бионических сот: 3D-печать титанового сплава, эффективность поглощения энергии увеличена на 300%

Избыточное рассеивание напряжений: многонаправленная опорная рама, противовзрывная ударная волна (стандарт испытаний: MIL-STD-810H)

3. Сравнение данных: разрыв поколений в надежности на поле боя

Случай: После того, как мобильное хирургическое подразделение сил специального назначения НАТО приняло на вооружение подшипники LS, время простоя оборудования сократилось на 87%, а успешность хирургических операций при боевых ранениях увеличилась на 35%.

Как начать путь к кастомизации с нулевым риском?

ШАГ 1 : Загрузите модель САПР → Получите отчет об анализе технологичности в течение 24 часов
К ак это работает:
Клиенты загружают модели 3D CAD через платформу LSonline или интерфейс API (поддерживая основные форматы , такие как STEP , IGES и SolidWorks ) .
Основные ценности :
Быстрый ответ: в течение 24 часов сформируйте « отчет об анализе технологичности » для выявления дефектов конструкции ( таких как неравномерная толщина стенок , тупиковые ситуации при обработке ) и предложений по оптимизации .
Рискните версией: сократите стоимость испытаний и ошибок с помощью анализа D FM ( Проектирование для производства) и убедитесь , что проект соответствует ограничения 5 - координатной обработки сЧПУ ( например , минимальная доступность инструмента 0,3 мм ) .​​​
Поддержка Case S:
После того, как медицинский клиент загрузил модель гибкого колеса с гармоническим приводом , в отчете было отмечено , что конструкция канавки внутреннего дефлектора привела к риску помех со стороны инструмента , а скорректированная эффективность обработки увеличилась на 40 % .

ШАГ 2 : Выбор повторно сертифицированной библиотеки материалов или индивидуальной формулы сплава ( с сертификатом биосовместимости )

Варианты материалов :
Библиотека предварительно сертифицированных материалов : охватывает сертифицированные по ISO 1 3485/ FDA 2 1 C FR 8 20 титановые сплавы ( например , Ti - 6Al - 4VELI ) , медицинские нержавеющие стали ( 17-4PH ) и т. д . , с полными записями о прослеживаемости партии .
Индивидуальная формула сплава : для особых потребностей мы обеспечиваем индивидуальный состав материала ( например , с добавлением антимикробных элементов) и проводим испытания на биосовместимость ( сертификация ISO 10993 ) , а время цикла сокращается до 15 дней .
Преимущества отрасли :
Гарантия соответствия : Сертификат на материал используется непосредственно для регистрации и декларирования медицинских изделий с целью исключения задержек при проведении испытаний третьей стороной .
Соответствие производительности: например , жесткий материал колеса , изготовленный по индивидуальному заказу для робота Vinci , имеет повышенную износостойкость на 300 % , а эффективность соединения — более чем на 92% .

ШАГ 3 : Цифровая пробная обработка Twin → Виртуальная проверка 2000 циклов нагрузки

Техническая реализация:
На основе CAD- модели заказчика был создан цифровой процессор , а процесс 5 - осевой обработки на станке с ЧПУ был смоделирован с использованием программного обеспечения , такого как Simufact Additive / Vericut , и наложен механический анализ ANSYS .
Содержание проверки :
Возможность обработки на станке : обнаружение столкновений траектории инструмента , колебаний силы резания (погрешность < 5 % ).
Надежность работы : смоделируйте 2000 циклов нагрузки ( эквивалентно 5 годам клинического использования ) , чтобы спрогнозировать усталостную долговечность и виды отказов .
Преимущества для вас:
Нулевой физический тест и ошибка : седло подшипника хирургического робота прошло виртуальную проверку и обнаружило , что скрытая точка концентрации напряжений была обнаружена , что исключает брак формы стоимостью 500 000 юаней , вызванный прямой обработкой .​​
Экономия средств : время цикла проверки сокращено с 4,5 дней до 7,2 часов , а эффективность НИОКР возросла на 8,5 % .

Почему стоит выбрать индивидуальный сервис LS?

Полное соответствие требованиям: от сертификации материалов до валидации процесса — весь процесс соответствует требованиям нормативных актов для медицинских изделий.
Технология замкнутого цикла: основные технологии, такие как динамическая компенсация и нанополировка, обеспечивают «хирургическую» точность (например, погрешность формы зубьев гибкой шестерни ±0,0015 мм).
Быстрая итерация: технология цифровых двойников поддерживает 72-часовой цикл проектирования-проверки-оптимизации для ускорения времени вывода продукта на рынок.
Действуйте сейчас: загрузите свою CAD-модель, начните путь безрисковой настройки и получите эксклюзивное решение в течение 24 часов!

Краткое содержание

Технология обработки с ЧПУ LS , отличающаяся высокой точностью, эффективностью и индивидуальным подходом, обеспечивает надежную гарантию производства роботизированных хирургических деталей. Благодаря услугам LS в области обработки , роботизированные хирургические системы могут избавиться от проблем с выходом из строя компонентов и повысить успешность и безопасность хирургических операций. В будущем LS продолжит использовать свои технологические преимущества, предлагая превосходные решения в области обработки с ЧПУ для большего числа областей медицины и способствуя прогрессу и развитию медицинских технологий.

Выбирая LS, вы выбираете надежные и эффективные услуги по производству роботизированных хирургических деталей . LS всегда будет придерживаться принципа «клиент прежде всего, качество прежде всего» и вносить свой вклад в развитие медицинской отрасли.

com/contact-us">

Отказ от ответственности

Содержание этой страницы предназначено исключительно для информационных целей. Серия LS. Никаких заявлений или гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации не предоставляется. Не следует полагать, что эксплуатационные характеристики, геометрические допуски, особенности конструкции, качество и тип материала, а также качество изготовления, которые сторонний поставщик или производитель предоставит через сеть Longsheng, соответствуют заявленным. Ответственность за это несет покупатель. Запросите коммерческое предложение на запчасти , чтобы определить конкретные требования к этим деталям. Свяжитесь с нами. Узнайте больше .

Команда LS

LS — ведущая компания в отрасли, специализирующаяся на индивидуальных производственных решениях. Обладая более чем 20-летним опытом работы с более чем 5000 клиентов, мы специализируемся на высокоточной обработке на станках с ЧПУ , изготовлении изделий из листового металла , 3D-печати , литье под давлением , штамповке металла и других комплексных производственных услуг.
Наш завод оснащён более чем 100 современными 5-осевыми обрабатывающими центрами и сертифицирован по стандарту ISO 9001:2015. Мы предлагаем быстрые, эффективные и высококачественные производственные решения для клиентов более чем в 150 странах мира. Будь то мелкосерийное производство или массовое изготовление по индивидуальному заказу, мы готовы удовлетворить ваши потребности с максимально быстрой доставкой в ​​течение 24 часов. Выбирайте LS Technology ! Это означает выбор эффективности, качества и профессионализма.
Чтобы узнать больше, посетите наш сайт: www.lsrpf.com