陶瓷轴承在医疗设备中具备高速运转、低噪音和非磁性特性。
来源 / SMB Bearings
在医疗环境中，机器人的使用日益增多，并且越来越依赖于执行更复杂的程序。尽管马氏体不锈钢在机器人应用中的轴承领域一直受到青睐，但其性能在防止医疗环境中的污染方面已经无法满足日益提高的标准。在这里，专业陶瓷轴承供应商SMB Bearings的董事总经理Chris Johnson解释了为什么陶瓷高精度轴承是解决这一问题的答案。
医疗器械制造展Medtec预测，医疗机器人市场将从2020年的47亿美元增长到2030年的145亿美元，这些机器人将“更多地被视为提供情感支持的伙伴，而不仅仅是工具”。这句话指的是人工智能（AI）的进步，使得机器人能够以我们今天无法想象的方式为患者提供日益增加的治疗支持，并应对人员短缺的问题。
从协助手术的机器人帮助执行微创手术，到配备AI的康复机器人用于治疗伤害和瘫痪，自20世纪80年代首次引入简单的机械臂技术以来，医疗机器人已经取得了长足的进步。尽管手术机器人的价格正在降低，但现代医疗应用也要求这些机器人具备更高的精度和速度能力。
传统上，在医疗器械中，轴承——通过限制或避免摩擦和冲击来优化像机器人臂这样的轴的旋转——是由高纯度金属制成的，如马氏体不锈钢。例如，在需要极高精度的微创手术中帮助执行任务的医疗机器人。手术机器人轴承必须提供尽可能高的旋转精度，同时也要足够小，以便能够安装在这些通常紧凑且便于携带的医院设备中。然而，钢制轴承存在局限性，包括污染问题。
在健康和安全的环境中，污染是不可接受的。随着机器人在医疗应用中的普及，为了防止污染，规章制度正在变得越来越严格。
part1 替代钢材
避免污染的需求伴随着其他设计要求，如高速运转、低噪音和非磁性特性。例如，由于磁共振成像（MRI）扫描仪使用强磁场来生成任何生物体的二维或三维图像，由于其磁性特性，不能使用钢制轴承。
所有这些因素影响了医疗环境中轴承材料的选择——但什么材料可以替代钢材呢？医疗设备行业越来越多地选择由氧化锆（ZrO2）或其他稀有陶瓷化合物独家制造的轴承。根据材料、矿物和矿业研究所的说法，“由ZrO₂制成的陶瓷轴承具有与铬钢和440不锈钢相似的膨胀特性，非常坚固，尽管它们轻30%。”
实际上，全陶瓷精密轴承比钢材更硬，具有更优越的耐腐蚀性和耐热性，更高的尺寸稳定性和更低的密度。然而，陶瓷轴承的价格昂贵。这对于在紧缩预算下运营的卫生机构来说是一个大问题，因此投资它们的决定必须经过深思熟虑。幸运的是，陶瓷轴承在医疗环境中有许多优势。
其中一个优点是轴承不会对化学物质产生反应。这意味着它们在医院用于消毒的严苛化学物质作用下不会腐蚀或变弱。陶瓷不需要润滑，否则会吸引像灰尘、水或湿度这样的污染物，这也消除了像重新润滑这样的维护过程的需要。它们还具有防水性，因此可以定期清洗。
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part2 高价值应用
因此，在医疗环境中投资陶瓷轴承是否值得？确实，某些应用场景中钢的速度和精度至关重要，例如在外科手术机器人中。然而，也存在其他情况，如果在医疗或实验室设备中使用错误的组件可能会导致研究条件受到污染，或者导致研究完全停止。
相反，额外投资于陶瓷轴承可以帮助确保医疗机器人的有效运行和长期耐用——尤其是当它们“更多地被视为提供情感支持的伙伴，而不仅仅是工具”时。陶瓷轴承提供了非磁性、高速度、低噪音和高清洁度的特性，这些对于需要严格无菌条件的医疗环境来说是至关重要的。
在某些高精度要求的医疗程序中，如微创手术、精密成像和生物实验等，陶瓷轴承的耐腐蚀性、耐磨性和低摩擦系数可以提高设备的精确性和可靠性。这不仅有助于提高手术成功率和患者安全，还可以减少设备维护和更换的频率，从而降低长期运营成本。
此外，随着医疗机器人技术的发展，它们在提供情感支持和辅助治疗方面的作用日益增强。陶瓷轴承的长寿命和高可靠性可以确保这些机器人在提供这些服务时的稳定性和一致性，从而为患者提供更好的医疗体验。
总之，医疗器械制造展Medtec认为虽然陶瓷轴承的初始成本可能高于传统钢材轴承，但它们在医疗环境中提供的长期益处和性能优势使其成为一个值得考虑的投资。随着对医疗设备性能要求的不断提高，陶瓷轴承可能会成为未来医疗设备设计和制造中的关键组件。