在醫療產(chǎn)品上的應用。
我國是人口大國，并且老齡化現象越來(lái)越嚴重，加上過(guò)去一味的追求經(jīng)濟發(fā)展而對環(huán)境過(guò)度的破壞，使人們的健康問(wèn)題面臨著(zhù)巨大的挑戰，激發(fā)了整個(gè)社會(huì )對醫療產(chǎn)品的需求。
而醫療產(chǎn)品如何不斷提高質(zhì)量、降低成本是國內外學(xué)者一直研究的課題。醫療產(chǎn)品的需求量很大，并且很多產(chǎn)品本身的結構也很精密復雜，需要一種新的制造技術(shù)來(lái)代替傳統生產(chǎn)，
金屬粉末注射成形 （Metal Injection Molding ，MIM）是一種新型的近凈成形技術(shù)，可在較短的周期內批量生產(chǎn)出具有復雜形狀的產(chǎn)品，能符合醫療產(chǎn)品的制造要求，成為一種理想的制造方法。
1 MIM 技術(shù)1.1 MIM 技術(shù)的工藝流程
MIM 是 20 世紀快速發(fā)展起來(lái)的近凈成形工藝，一般工藝過(guò)程為：粉末 + 粘結劑→混煉→注射成形→脫脂→燒結。
首先是利用高分子聚合物與粉末混合，在一定條件下混煉出具有足夠的流動(dòng)性、混合均勻并滿(mǎn)足注射要求的喂料，其次是選擇合適的注射溫度、注射壓力和注射速度等工藝參數進(jìn)行注射成形，然后是脫去注射坯中的粘結劑后進(jìn)行燒結，使粉末形成冶金結合，最后得到符合要求的制件。
1.2 MIM 技術(shù)的特點(diǎn)
MIM 是集塑料成形工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科相結合而形成的一種零部件新型近凈成形技術(shù)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
①利用 MIM 技術(shù)成形后的零件不需要后續加工或者后續加工很少，材料利用率高，屬于近凈成形技術(shù)，可生產(chǎn)高性能、形狀復雜的零件。
②可以通過(guò)計算機對喂料的填充過(guò)程、制品的燒結進(jìn)行模擬，可以在前期對工藝實(shí)現優(yōu)化[1-2]，得到最佳的設計方案。
③注射過(guò)程中腔內部各點(diǎn)壓力相等，在喂料均勻混合的前提下各處密度也是相等的，不會(huì )出現密度梯度，易于實(shí)現規?；a(chǎn)。
2 MIM 技術(shù)在醫療產(chǎn)品上的應用2.1 MIM 技術(shù)制造的醫療產(chǎn)品
醫療產(chǎn)品一般要求具有良好的使用性和足夠長(cháng)的使用壽命，并且在結構和形狀設計上要有靈活的設計性[3]。
20 世紀 80 年代初期 MIM 技術(shù)首次在醫療產(chǎn)品得到應用，至今已經(jīng)成為 MIM 市場(chǎng)增長(cháng)最快的領(lǐng)域。
圖 1 是 2015 年北美地區 MIM 技術(shù)在不同行業(yè)所占的比例[4]?？梢?jiàn)，在北美地區醫療和牙科已經(jīng)成為 MIM 的主要應用領(lǐng)域。
目前醫療用 MIM產(chǎn)品大部分使用的是不銹鋼材料，主要牌號是 316L和 17-4PH；還有鈦合金、鎂合金、金、銀、鉭等[5]。 
圖 1 2015 年北美地區 MIM 在不同行業(yè)所占的比例
2.1.1 牙齒正畸形托槽
MIM 技術(shù)在醫療上最早是用來(lái)制取一些牙齒矯形器具，這些精密產(chǎn)品的尺寸非常小，生物相容性和耐腐蝕性也較好，主要使用的材料就是 316L 不銹鋼，目前正畸形托槽仍然是 MIM 行業(yè)的主要產(chǎn)品。
德國 Forestadent 公司用 MIM 技術(shù)生產(chǎn)出一種雙向倒勾式的正畸形托槽，機械固位力能提高30％，利用 MIM 一次成形后進(jìn)行拋光，能使托槽對弓絲的摩擦力大大降低，該產(chǎn)品已被 BjornLudwig證實(shí)在正畸手術(shù)中具有積極作用[6]。
2.1.2 外科手術(shù)工具外科手術(shù)工具要求具有高強度、低血液污染和能夠實(shí)現侵蝕性消毒程序等要求，MIM 技術(shù)的設計靈活性能夠滿(mǎn)足大部分外科手術(shù)工具的應用，同時(shí)還具有工藝方面的優(yōu)越性，能夠低成本的制造各種金屬制品，正逐步取代傳統的生產(chǎn)技術(shù)成為主要的制造方法。
FloMet 有限公司使用 MIM 技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種不銹鋼爪[7]，采用 17-4PH 不銹鋼生產(chǎn)，密度大于 7.5g/cm3，在手術(shù)時(shí)可用來(lái)抓取人體內的物體，具有鑷子的功能。其設計相當復雜，要求具有較高的生產(chǎn)精度。
利用 MIM 技術(shù)成形后再進(jìn)行燒結，就能夠達到很高的公差水平，不需要大量的后續處理工藝，避免破壞爪的線(xiàn)向和幾何形狀。
利用鑄造或者機加工的方法很難來(lái)生產(chǎn)這種形狀復雜的不銹鋼爪，需要較長(cháng)的生產(chǎn)周期，成本也高，使用 MIM 技術(shù)來(lái)制造可節約 60%的成本。
一次性的外科手術(shù)工具需要開(kāi)發(fā)一種能夠低成本批量生產(chǎn)的工藝，史密斯金屬產(chǎn)品公司利用 MIM技術(shù)生產(chǎn)一種軸組件[8]，應用于一種新型的一次性外科器械中，成本只有使用瑞士的數控機床加工的1/4～1/5，密度是 7.5 g/cm3，極限抗拉強度達到 1190MPa，屈服強度 1090MPa，伸長(cháng)率是 6.0%，最大硬度是 33 HRC。
該產(chǎn)品的的制造工藝過(guò)程是：首先用MIM 技術(shù)成形 178mm 長(cháng)的兩個(gè)軸部件，然后將 2個(gè)部分激光焊接，再進(jìn)行后續的機加工和熱處理，為了達到較好的公差要求還需要進(jìn)行噴丸和鈍化處理。
2.1.3 膝蓋植入零件
MIM 技術(shù)在人體植入領(lǐng)域進(jìn)展的比較緩慢，主要是因為產(chǎn)品的認證和接受需要一個(gè)較長(cháng)的周期。
目前利用 MIM 技術(shù)能夠生產(chǎn)部分替代骨頭和關(guān)節的零件，使用的金屬材料主要是 Ti 合金[9]。
在生物相容性方面，陳良建等[10]用 MIM 技術(shù)制備孔隙度為60%的多孔鈦，用改良冷凝聚合交聯(lián)法制備明膠緩釋微球并涂覆于多孔鈦表面。
結果表明：明膠緩釋微球涂層多孔鈦無(wú)細胞毒性，可以很好的用來(lái)作為醫療植入物的材料。
加拿大 MaettaSciencesInc 公司成功利用 Ti-6Al-4V 生產(chǎn)出人體植入用膝蓋樣品零件 [11]，該植入物在進(jìn)入人體后主要承受壓力的作用，并且要有很好的生物相容性。利用 MIM 成形后再進(jìn)行熱等靜壓，后續再進(jìn)行噴丸、拋光和陽(yáng)極氧化處理，以得到較好的表面性能，降低了與人體的摩擦，提高相容性和使用壽命。
2.1.4 助聽(tīng)器聲管
MIM 技術(shù)還可用來(lái)生產(chǎn)各種醫療設備的零部件。
Indo-MIM 公司利用 MIM 技術(shù)為德國 Phonak公司生產(chǎn)一種助聽(tīng)器聲管[12]，具有提升音率和促進(jìn)聽(tīng)力的效果。
MIM 成形后燒結就可得到這種形狀復雜的助聽(tīng)器聲管，為了使聲管表面具有光潔度，后續只要再經(jīng)過(guò)一道玻璃珠噴砂處理工藝就可以。
該聲管的密度大于 7.65 g/cm3，抗拉強度最大能夠達到480MPa，屈服強度 150MPa，伸長(cháng)率是 45%，最大表面硬度 100HRB。MIM 技術(shù)與之前傳統的生產(chǎn)工藝相比能夠降低 20%的成本。
MIM 技術(shù)在醫療上還可用來(lái)生產(chǎn)很多產(chǎn)品，包括介入治療支架、鎢高密度合金注射器的防輻射屏蔽、顯微外科機械手、微型泵內窺鏡零件和藥物吸入器等[13]。
2.2 醫療產(chǎn)品應用的 MIM 新技術(shù)
2.2.1 金屬微注射成形
金 屬 微 注 射 成 形 技 術(shù) （metal micro injectionmolding，μMIM）是德國 IFAM 研究所開(kāi)發(fā)的一種成形技術(shù)，就是將 MIM 技術(shù)有機地運用到外形尺寸達微米級零件的制備上。
通常意義上 μMIM 可用來(lái)生產(chǎn)的產(chǎn)品有兩種：
①尺寸達到微米級，質(zhì)量輕至幾毫克的零件；
②零件的外觀(guān)尺寸與傳統注射成形零件的尺寸相似，但局部結構的尺寸達到微米級的帶有微結構的零件。
近些年來(lái)，微注射成形成為注射成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，隨著(zhù)現代機械向著(zhù)微型化方向發(fā)展，微注射成形的應用必將越來(lái)越廣泛[14]。
目前，Karlsruha 研究中心已將 μMIM 技術(shù)成功應用于醫學(xué)器械微小零件的生產(chǎn)[15]，例如分光計、滴定板等，產(chǎn)品的結構尺寸達到了微米級，最小壁厚為 50μm。
圖 2 為德國 IFAM 公司利用 μMIM 技術(shù)生產(chǎn)的用于外科手術(shù)使用的縫合錨[16]，它的尺寸只有火柴頭大小。 
2.2.2 金屬共注射成形
金屬共注射成形 （metal co injection molding，Co-MIM）起源于 20 世紀 90 年代，是一種三明治式的粉末注射成形技術(shù)。
該工藝是同時(shí)或分批的將兩種具有不同特性的材料注射到一個(gè)模具中，進(jìn)行一次復合注射成形，它能將金屬材料和一個(gè)性能完全不同的材料在同一個(gè)零部件中結合到一起。
采用這種方法能獲得具有功能性和復雜形狀的芯 / 殼層結構，并且不需要對制品進(jìn)行如涂層、熱處理和組裝等的后續工藝。最終實(shí)現了一道工序可制備出功能梯度材料，極大地減少了工序，降低了成本。
Co-MIM 技術(shù)為功能零件的開(kāi)發(fā)和設計提供了一種新思路。李益民等[17]已經(jīng)利用 Co-MIM 技術(shù)提出一種新的生物種植結構，廣泛的應用于致密的皮質(zhì)骨結構和外孔內實(shí)的松質(zhì)骨結構。
這種結構有利于種植骨和周?chē)琴|(zhì)結構的界面應力傳遞，外層多孔結構的孔隙率體積比在 5%～60%，最大的孔隙有400μm。
3 展望
根據 BCCresearch 最近對金屬和陶瓷注射成形的市場(chǎng)研究預測，全球金屬和陶瓷注射成形部件的市場(chǎng)價(jià)值將由 2012 年的 15 億美元增長(cháng)到 2018 年的近 29 億美元，平均年增長(cháng)率達 11.4%。
同時(shí)，隨著(zhù)汽車(chē)銷(xiāo)量的下降，MIM 技術(shù)將更多的進(jìn)入到醫療、航天、電子等領(lǐng)域。
在新版的歐洲粉末冶金行業(yè)路線(xiàn)圖中，歐洲粉末冶金協(xié)會(huì )指出醫療市場(chǎng)是注射成形行業(yè)極其重要的一個(gè)部分[18]。
隨著(zhù)市場(chǎng)的不斷擴大，MIM技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用將越來(lái)越深入，各種基于 MIM技術(shù)的新材料和新工藝也會(huì )不斷的被開(kāi)發(fā)出來(lái)。