Elektronik ve Tıp Endüstrilerinde CNC İşlenmiş Plastiğin Yaygın Uygulamaları

CNC ile İşlenmiş Plastikler Kullanarak Tıbbi Cihaz Üretimi

Biyouyumlu Malzemeler: PEEK, Delrin® ve Tıbbi Sınıf Polimerler

CNC işleme atölyelerinde, polieter eter keton anlamına gelen PEEK'in yanı sıra Delrin® asetal homopolimeri ve tıbbi naylonun çeşitli kaliteleri gibi ciddi yüksek performanslı plastiklerle çalışırlar. Bu özel malzemeler, vücut içinde güvenli olmak için katı FDA testlerinden geçen parçalar üretirken üreticilerin ihtiyaç duyduğu şeylerdir. İyi haber şu ki bu polimerler çeşitli vücut sıvılarına karşı dayanıklıdır, metallere kıyasla daha az alerjik reaksiyona neden olurlar ve defalarca steril edilmeye rağmen bozulmadan dayanabilirler. Örneğin PEEK'in yaklaşık 17.000 psi civarında etkileyici bir çekme mukavemeti değeri vardır, Delrin® ise minimum sürtünmeyle kolayca kayar. Bu kombinasyon, özellikle dayanıklılığın ön plana çıktığı yapay eklem gibi uygulamalar için her iki malzemenin de mükemmel seçim olmasını sağlar. Ayrıca bu malzemeler modern ilaç verici cihazlarda da yaygın olarak bulunur.

Cerrahi Aletler ve İmplantlar İçin CNC İşleme

Kemik testereleri, penseler ve endoskop bileşenleri gibi cerrahi aletlerin gerektirdiği hassasiyet son derece yüksek olmalıdır ve genellikle düzgün çalışabilmek için artı eksi 0.001 inçten daha iyi olmalıdır. Günümüzde gördüğümüz karmaşık titanyum omurga implantlarını üretmeyi mümkün kılan şey bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) teknolojisidir. Bu implantların gözenekli özel yüzeyleri vücut tarafından reddetme olasılığını azaltırken aynı zamanda yeni kemik büyümesini teşvik eder. Geçen yıl yayımlanan bazı araştırmalar oldukça etkileyici sonuçlar göstermiştir. Çalışma, doktorların geleneksel döküm yöntemleri yerine CNC ile işlenmiş ortopedik implantları kullandıklarında hastalarda ameliyat sonrası komplikasyonların yaklaşık %22 daha az olduğunu ortaya koymuştur. Şimdi birçok hastanenin bu yönteme geçmesi şaşırtıcı değil.

Hasta Bazlı Protezlerde Özelleştirme ve Hassasiyet

CNC işleme teknolojisi sayesinde doktorlar, hastaların anatomisinin gerçek 3D taramalarına dayalı özel protezler oluşturabilir. Özellikle kafatası implantları için, PEEK adı verilen bu özel plastikten üretildiğinde, yaklaşık 50 mikronluk etkileyici bir doğruluk seviyesine ulaşılır. Bu, implantların kemiklerin şekline gerçekten uyum sağlaması ve implant ile kafa kemiği arasındaki boşluklardan kaynaklanabilecek enfeksiyonların önlenmesini sağlar. En son gelişmeler, üreticilerin polimer protez soketlerini ameliyatın yapıldığı günün kendisinde üretebilmesine olanak tanıyor. 2023 yılındaki Ponemon Institute araştırmasına göre, amputasyon geçiren hastaların yaklaşık üçte biri protezlerinin doğru oturmamasından şikayetçi. Bu yöntemlerle yapılan özelleştirme, iyileşme süresini neredeyse %20 oranında kısaltır ve sinir bozucu tekrarlayan ameliyatları yaklaşık %40 oranında azaltır. Düşününce oldukça dikkat çekici şeyler.

Tanı ve Görüntüleme Ekipmanı Bileşenleri

MRI ve CT Tarama Cihazlarının Gövdelerinde CNC İşlemeli Plastiğin Rolü

CNC ile işlenerek üretilen plastik parçalar, bu makinelerin elektriği iletmemesi, hafif kalması ve zamana karşı dayanıklı olması gerekliliği nedeniyle MR ve BT tarama cihazlarının gövde kısımlarında önemli bir rol oynar. Polioksimetilen anlamına gelen PEEK ve POM gibi malzemeler, içindeki hassas görüntüleme ekipmanını bozmadan elektromanyetik girişime karşı koruma sağlar. Bu polimerler, yanma özellikleri ve biyolojik dokularla etkileşimi konusunda FDA ve ISO 13485 tarafından belirlenen tüm gereksinimleri karşılar ve bunları birden fazla sterilizasyon sürecine uygun kılar. 2023 yılına ait bir medikal cihaz endüstrisi raporuna göre, özellikle küçük parti tarama cihazı üretimi sırasında karmaşık gövde tasarımlarında geleneksel enjeksiyon kalıplama yerine CNC işleme kullanıldığında imalatçılar hatalarda yaklaşık %60'lık bir düşüş gözlemledi.

Elektronik Tıbbi Cihazlarda Sıkı Toleranslara Uymak

CNC işleme süreci, kablosuz sağlık monitörleri ve taşınabilir ultrason makineleri dahil olmak üzere elektronik tıbbi cihazlar için gereken sıkı ±0,005 mm toleranslara ulaşabilir. Birçok üretici, sıcaklıklar değiştiğinde bile stabil kalması ve çeşitli sıvılara maruz kaldığında bozulmaması nedeniyle infüzyon pompası konektörleri için Delrin® malzemesine yönelir. Journal of Medical Device Innovation'da yayımlanan son bir makale, basılı metal parçaların yerine CNC ile işlenmiş naylon bileşenlerin kullanılmasının EKG elektrodlarındaki sinyal doğruluğunu yaklaşık %34 artırdığını ortaya koymuştur. Bu düzeyde hassasiyet elde etmek yalnızca iyi bir uygulama değil, aynı zamanda IEC 60601-1 güvenlik düzenlemelerini karşılamak açısından da zorunludur. Ayrıca bu dar toleranslar, alandan tasarruf sağlayan daha küçük tasarımlara olanak tanır ve giyilebilir glukoz izleme sistemleri ile diğer uzaktan tıp ekipmanları gibi alanın gerçekten önemli olduğu uygulamalarda büyük önem taşır.

CNC ile İşlenmiş Plastik Kullanılarak Elektronik Gövdeler ve Kabinetler

Miniyatür Elektronikler için Yüksek Hassasiyetli CNC İşleme

Miniyatür elektronikler söz konusu olduğunda, muhafazaların son derece hassas ve yapısal olarak sağlam olması gerekir. CNC ile işlenen plastikler, mikro sensör kapakları veya giyilebilir cihaz gövdeleri gibi uygulamalarda gereken sıkı ±0,005 mm toleranslara ulaşabilir; bu da bunların baskı devre (PCB) dizileriyle sorunsuz bir şekilde bir araya gelmesini sağlar. 2023 yılına ait bazı sektör verilerine göre üreticilerin yaklaşık %92'si, tasarım değişikliklerini geleneksel enjeksiyon kalıplamaya kıyasla çok daha hızlı gerçekleştirebilmeleri nedeniyle prototipleri için CNC işleme yöntemine yönelmeye başladı. Ayrıca bu süreç, küçük partiler halinde farklı ürünler üretilirken maliyetleri düşürmeye yardımcı olan can sıkıcı post-proses adımlarını yaklaşık %40 oranında azaltır.

Termal ve Elektriksel Yalıtım için Malzeme Seçimi

Malzeme seçimi, elektronik muhafazaların güvenilirliğini doğrudan etkiler:

• PEEK uL 94 V-0 alev direnci sunar ve sürekli olarak 250°C'de çalışabilir.
• Poli karbonat karışımları 600 V/mm dielektrik mukavemet sağlar ve yüksek gerilimli konnektörler için uygundur.
• POM (Polioximetilen) aBS'ye kıyasla elektromanyetik gürültüyü 15 dB azaltır.

Bu malzemeler, 2024 yılında yapılan bir malzeme analiziyle doğrulanmış şekilde, tıbbi sınıf yalıtım için IEC 60601-1 gereksinimlerini karşılar.

Vaka Çalışması: PCB Konnektörlerinde ve Yalıtkanlarda CNC ile İşlenmiş POM

Önde gelen bir otomotiv elektronik tedarikçisi, CNC ile işlenmiş POM yalıtkanlar kullanarak %99,8 konnektör güvenilirliği elde etti. Sadece %0,5 nem emme oranına sahip olan POM, nemli ortamlarda kısa devreleri önler. 10 GPa'lık sertliği sinyal bozulmasını en aza indirir ve son işleme aşamasında yapılan EDMR testi, kalıplanmış naylon parçalara kıyasla ark olaylarının %30 azaldığını gösterdi.

Malzeme Karşılaştırması: Tıbbi ve Elektronik Uygulamalarda POM, PEEK ve Delrin®

Yüksek Hassasiyetli Parçalarda POM Plastiğin İşlenebilirliği ve Performansı

POM, yaklaşık ±0,005 mm hassasiyetle sıkı toleransların önemli olduğu durumlarda oldukça iyi çalışır ve doğal olarak düşük sürtünme özelliğine sahiptir. Malzemenin homojen yapısı, tıbbi ekipmanlarda kullanılan mini konnektörler veya küçük vanalar gibi küçük parçalar için gereken pürüzsüz ayna yüzeyli finishes oluşturur. Normal plastikler zamanla nem emerek bükülme eğilimindedir ancak POM, nem ile temas halinde bile boyutsal olarak kararlı kalır. Bu da dişlilerin aşınmasına ya da hareketli parçalarda sorunlara neden olacak istenmeyen şekil değişimlerinin önüne geçer. Üretim açısından düşünüldüğünde, cam dolgulu alternatiflere kıyasla POM yaklaşık %30 oranında takım değişikliğini azaltır. Ayrıca işlemesi daha kolay olmasına rağmen, dayanıklılığın önemli olduğu yapısal bileşenler için uygun olan 70 MPa çekme mukavemeti sunar.

Zorlu Ortamlarda PEEK'in Termal ve Mekanik Dayanımı

PEEK, 250 derece Santigrat'a kadar sıcaklıklara dayanabilir ve sert kimyasallara karşı da oldukça iyi direnç gösterir; bu özelliği onu sürekli sterilize edilen MR parçalarında kullanıldığında Delrin ve POM'a göre daha üstün kılar. Malzemenin eğilme mukavemeti yaklaşık 90 ila 100 MPa arasında değişir ve bu özellik, onu yaklaşık %45 daha hafif olmasına rağmen havacılık alüminyumuna eşdeğer kılar. Bu özellik, PEEK'i insan vücuduna yerleştirilen küçük glukoz izleme implantlarında radyasyona dayanıklı muhafaza yapmak için özellikle uygun hale getirir. Araştırmacılar ortopedik implantlarda yaklaşık on yıllık bir sürtünme ve yıpranmayı simüle eden gerilim testleri yaptıklarında, CNC yöntemleriyle işlenen PEEK'in tüm testlerin ardından orijinal basma mukavemetinin yaklaşık %98'ini koruduğunu buldular. Karşılaştırma açısından, titanyum hibritler yalnızca yaklaşık %82'sini koruyabildi. Bu bulgular 2023 yılında Biomaterials Research'de yayınlandı.

Maliyet vs. Performans: Yüksek Performanslı Polimerlerin Değerlendirilmesi

PEEK üreticilerin maliyetini POM'un yaklaşık 20 katına çıkartabilir, ancak omurilik implantlarından bahsedildiğinde kimse köşeyi kesmek istemez. Malzeme, başarısız olmadan on yıllarca dayanmalı ve ayrıca sıkı FDA standartlarını karşılamalıdır. Sonuçta orada bir şey yanlış giderse, tıbbi profesyoneller ciddi yasal sorunlarla karşılaşır ve geçen yıl Ponemon'ın araştırmasına göre tıbbi malpraktis davalarının maliyeti yaklaşık 740.000 ABD dolarıdır. Bu yüzden hastaneler fiyat etiketine rağmen hâlâ PEEK tercih eder. Diğer yandan sterilizasyon gerektirmeyen kapak gibi uygulamalarda Delrin® çok daha mantıklıdır. Alevlenme sınıfı V0 sertifikası ile güvenlik gereksinimlerini karşılar ve PEEK'ten yaklaşık %40 daha ucuzdur. Mantıklı aslında - can güvenliğinin söz konusu olduğu yerlerde ekstra para harcayın, kaliteden fazla ödün vermeden başka yerlerde tasarruf edin.