隨著醫(yī)療技術(shù)向高精度、個性化升級，醫(yī)用級 PEEK（聚醚醚酮）憑借 ISO 10993 全項生物相容性認證、260°C 長期使用溫度及優(yōu)異力學(xué)穩(wěn)定性，成為椎間融合器、手術(shù)錨釘?shù)雀叨酸t(yī)療部件的核心材料。但其半結(jié)晶特性（結(jié)晶度 30%-35%）與醫(yī)療產(chǎn)品的嚴苛合規(guī)要求，決定了模具成型需突破多維度技術(shù)壁壘。本文結(jié)合新時代智能制造技術(shù)，拆解成型核心必要條件，為醫(yī)療制造企業(yè)提供實操指南。

一、材料特性與預(yù)處理

1.1 醫(yī)用級 PEEK 核心性能要求

醫(yī)用級 PEEK 需兼顧生物安全與加工穩(wěn)定性，主流商用材料（如 AKSOPEEK? MED、Victrex? PEEK 450G）關(guān)鍵參數(shù)如下：

熔點 335-345°C（不同牌號波動≤5°C）

力學(xué)性能：屈服拉伸強度≥92MPa，彎曲模量≥3.8GPa（23°C）

熔融指數(shù)（380°C/10kg）：未填充型 6-12g/10min，30% 碳纖維增強型 3-5g/10min

需通過細胞毒性、致敏性、植入反應(yīng)等 12 項生物相容性測試

1.2 材料預(yù)處理關(guān)鍵工藝

PEEK 吸水率 0.5%（23°C/50% RH）易引發(fā)成型缺陷，需兩步控制：

干燥：155-165°C 熱風干燥 2.5-3 小時，殘留水分≤0.02%（卡爾費休法檢測），避免氣泡與熔體降解

清潔：用專用清洗料（如 CLEANER PEEK-800）清潔料筒，禁止與 PVC、PA66 混用，嚴防銅離子污染（加速降解）

二、模具設(shè)計與制造技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計核心要點

澆口系統(tǒng)：未填充 PEEK 澆口最小直徑 1.2mm，增強型≥2mm（防纖維堵塞），長度 3-5mm；厚壁件（≥5mm）用扇形澆口，薄壁件（≤2mm）用潛澆口，縮孔深度≤0.1mm

脫模系統(tǒng)：型腔內(nèi)壁脫模斜度（內(nèi)表面 1.8°-3°，外表面 1.2°-2°），深腔結(jié)構(gòu)（深度 / 直徑＞3）采用變斜度；脫模機構(gòu)鍍 TiN 涂層（摩擦系數(shù)≤0.18），頂針間距≤80mm

2.2 模具材料與表面處理

模具鋼選型：型腔用醫(yī)用級 316L 不銹鋼（ASTM A276）或 17-4PH 鋼（提供光譜檢測報告），模板用 S136H 鋼（淬火 500°C + 回火，HRC 45-48）

表面處理：型腔鏡面拋光（Ra≤0.2μm，電化學(xué)拋光工藝）；植入類產(chǎn)品模具額外鍍 DLC 膜（2-3μm，F(xiàn)DA 惰性測試合格）

2.3 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

PEEK 需高溫模具促進結(jié)晶，模具溫度設(shè)定 180-200°C（增強型取上限），采用雙回路油溫機（最高 300°C）加熱，熱電偶精度 ±0.5°C；型腔表面溫度偏差≤±2°C，澆口附近設(shè)專用加熱棒（功率密度 20W/cm2）

三、成型工藝參數(shù)控制

3.1 注塑設(shè)備選型要求

核心配置：料筒氮化處理（HV≥800），分段控溫（喂料段 280-300°C，壓縮段 340-360°C，計量段 380-400°C），陶瓷加熱圈（控溫 ±1°C）；選用醫(yī)用專用機（如伊之密 FF-M 160），注射壓力精度 ±0.1MPa，開合模重復(fù)精度 ±0.03mm

安全防護：料筒溫度＞350°C 時通 99.99% 氮氣保護，防氧化降解

3.2 關(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)定

注射階段：熔體溫度（未填充型 380-390°C，增強型 390-400°C），注射壓力 120-150MPa，填充速度 100-140mm/s（薄壁件取上限）；保壓壓力為注射壓力的 70%-80%，保壓時間 8-15 秒（壁厚每增 1mm 延長 2 秒）

冷卻階段：冷卻時間為保壓時間的 2-3 倍，確保脫模溫度≤220°C，變形量≤0.1%

四、質(zhì)量控制與合規(guī)管理

4.1 過程驗證標準

模具驗證：完成 DQ（設(shè)計確認）、IQ（安裝同軸度≤0.02mm）、OQ（500 模次關(guān)鍵尺寸偏差≤±0.03mm）；PQ 用 3 批材料，每批取樣 30 件，合格率≥99.5%

SPC 控制：實時監(jiān)控模具溫度、注射壓力、保壓時間，每 15 分鐘采樣，CPK 值≥1.67

4.2 檢測技術(shù)與標準

精度檢測：三坐標測量儀（如蔡司 CONTURA G2，精度 ±0.005mm）測配合尺寸；3D 輪廓儀測粗糙度（波動≤10%），400 倍光學(xué)顯微鏡查缺陷（黑點≤0.05mm，劃痕≤0.2mm）

性能檢測：每批抽 5 件測力學(xué)性能（拉伸偏差≤±5%，彎曲偏差≤±3%），抽 2 件做細胞毒性測試（存活率≥90%）

4.3 法規(guī)合規(guī)要求

認證體系：模具制造符合 ISO 13485，材料提供 FDA 21 CFR Part 177.2600 證明；歐盟市場需通過 CE（MDR 法規(guī)）并提供風險管理報告

追溯管理：建立批次記錄（材料批號、工藝參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)等），保存≥5 年

五、新時代技術(shù)應(yīng)用

5.1 智能制造與數(shù)字化賦能

CAE 仿真：用 Moldflow 專用模塊模擬熔體流動與結(jié)晶，優(yōu)化澆口與冷卻設(shè)計，減少試模 30%+，縮短開發(fā)周期 25%；數(shù)字孿生聯(lián)動實時數(shù)據(jù)，提升尺寸穩(wěn)定性 15%

IoT 監(jiān)控：型腔、澆口處裝微型傳感器，5G 傳輸數(shù)據(jù)至云平臺，AI 自動調(diào)整參數(shù)，良品率穩(wěn)定≥98.5%

5.2 增材制造與材料創(chuàng)新

3D 打印模具：SLM 技術(shù)打印 17-4PH 型腔，設(shè)計隨形冷卻水路（2-3mm），冷卻效率提升 40%，成型周期縮短 25%；個性化產(chǎn)品換型成本降 50%

材料改性：HA 復(fù)合 PEEK（10%-15% HA）提升骨傳導(dǎo)性 30%，縮短骨融合時間 1-2 個月；鎢粉改性（20%-30%）需優(yōu)化排氣（槽深 0.03mm），防顯影不均

六、典型應(yīng)用案例

6.1 頸椎椎間融合器模具

材料：AKSOPEEK? CF30（30% 碳纖維）

設(shè)計：4 腔熱流道，DLC 鍍膜型腔，隨形冷卻水路（間距 15mm）

工藝：模具溫度 190°C，熔體溫度 395°C，注射壓力 140MPa，保壓 12 秒

成果：周期 45 秒，尺寸偏差 ±0.02mm，彎曲強度≥200MPa（ISO 10993-19 合格）

6.2 骨科可顯影錨釘模具

材料：Victrex? PEEK 450G +25% 鎢粉

設(shè)計：單點針閥澆口，排氣槽 0.03mm，頂針間距 60mm

工藝：模具溫度 185°C，熔體溫度 390°C，注射速度 90mm/s

成果：X 射線可識別 0.5mm 孔徑，尺寸合格率 99.8%

結(jié)論

醫(yī)用級 PEEK 模具成型需材料、設(shè)計、工藝、質(zhì)控與新興技術(shù)深度融合。新時代下，既要堅守 ISO 13485、FDA 等合規(guī)底線，確保參數(shù)可追溯、制品可驗證；也要借 CAE 仿真、IoT 監(jiān)控、3D 打印突破效率與精度瓶頸。未來需探索 “PEEK + 金屬” 復(fù)合結(jié)構(gòu)、超薄壁（≤0.5mm）成型技術(shù)，結(jié)合綠色制造（節(jié)能注塑機降耗 20%、可回收模具鋼），推動醫(yī)用 PEEK 制品從 “合格” 向 “優(yōu)質(zhì)” 升級，支撐高端醫(yī)療器械國產(chǎn)化。