專利名稱：：具有改進的表面特性的鑄件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鑄件，更具體而言涉及在鑄造材料在其熔點附近具有高.
背景技術(shù)：
適于外科使用和/或植入患者體內(nèi)的金屬的醫(yī)療器械很難生產(chǎn)。通常，使用物理成形并精加工部件表面的4幾加工纟支術(shù)來形成這種部件。但是當(dāng)部件的尺寸非常小時(例如主軸在大約0.3英寸以下且/或副軸在大約0.08英寸以下時)，用傳統(tǒng)^/L加工來滿足形成這種部件所需公差的成本可能變得相當(dāng)高。鑄造技術(shù)為形成這種小尺寸部件提供了可以節(jié)約成本的替代技術(shù)。但是，醫(yī)用金屬在熔融狀態(tài)下進行鑄造以形成這種部件具有很大的挑戰(zhàn)性。一般來說，適于醫(yī)療應(yīng)用的金屬材料很難鑄造成小尺寸零件，因為它們在接近材料的高熔點或者熔化范圍的溫度處具有較高的化學(xué)反應(yīng)性。具體而言，隨著這些熔融金屬被加熱到它們的熔點或者熔化范圍之上越來越高的溫度，它們易于變得越來越具有活性(例如與型面發(fā)生氧化反應(yīng)或者其他不期望的反應(yīng))。這種反應(yīng)導(dǎo)致形成污染金屬部件的雜質(zhì)，從而導(dǎo)致各種有害的后果。雜質(zhì)的出現(xiàn)使得金屬的組分偏離，使其可能不能滿足醫(yī)用材料需要的標(biāo)準(zhǔn)，由此使得鑄件不能用于期望的應(yīng)用。此外，雜質(zhì)的出現(xiàn)可能不利地影響金屬材料的機械性能(例如降低材料的強度)。此外，這種反應(yīng)可能導(dǎo)致表面變形，引起鑄件表面上出現(xiàn)明顯的不需要的粗糙度。例如，使用本領(lǐng)域公知的表面粗糙度值Ra來表征表面粗糙度，使用不銹鋼合金和/或鈦合金的鑄件在良好工作條件下通常表現(xiàn)出介于大約100和200之間的Ra值。事實上，用這些種材料生產(chǎn)小尺寸鑄件很困難，因為粗糙度特征的尺寸接近單個工件的尺寸。這些不利的影響促使人們使用較低的溫度來填充鑄型。但是，如果熔融金屬的加熱溫度不夠，則鑄造材料可能快速冷卻，導(dǎo)致鑄型的不完全填充。由此，需要一種鑄造小尺寸金屬件的改進的技術(shù)，使得可以鑄造用于外科和植入應(yīng)用的適當(dāng)尺寸的醫(yī)用部件。
發(fā)明內(nèi)容一種示例性實施方式涉及鑄造的醫(yī)療部件。該部件包括適用于醫(yī)療裝置的鑄造金屬件。這樣的鑄造金屬件適于暴露到患者體內(nèi)的區(qū)域中。該金屬件可以用不銹鋼合金(例如沉積硬化的SS17-4合金)和/或鈦合金(例如a(3Ti6A14V合金)形成。該金屬件的鑄造表面可以具有以小于大約100或者小于大約50的Ra值表征的粗糙度。談金屬件可以具有長度小于大約0.3英寸的主軸，和/或長度小于大約0.08英寸的副軸。另一種示例性實施方式涉及形成醫(yī)療裝置的鑄造部分的方法。熔融金屬可以注入到鑄型的澆口的流體進入端中，諸如離心4支術(shù)之類的技術(shù)可以用于進行注入。熔融金屬可以包括不銹鋼和鈦合金中的至少一種。澆口可以與一個或多個側(cè)澆道流體連通。一個或多個側(cè)澆道可以具有主軸，所述主軸可選擇地與澆口流體進入端成銳角，而與封閉端成鈍角(例如澆口的主軸和側(cè)澆道形成大約45度的角度)。附加地或者可替換地，澆口和封閉端側(cè)澆道之間的連接部可以定位在距離澆口的封閉端至少大約兩個澆口剖面長度的位置處，封閉端側(cè)澆口是最靠近澆口的封閉端定位的側(cè)澆口。熔融金屬的至少一部分可以撞擊澆口的封閉端。一個或多個側(cè)澆道可以用熔融金屬來回填，以形成相應(yīng)的鑄造體。在另一種實施方式中，在熔融金屬注入鑄型之前，用于保持鑄型的型箱可以維持在大約87(TC以上的溫度。例如，型箱可以保持在大約870。C和大約1000。C之間的溫度或者保持在大約90(TC的溫度。鑄型可以包含諸如氧化鋁和/或二氧化硅之類的材料。其他實施方式涉及在鑄造過程中使用表面活性劑。在一種示例中，可以用包含表面活性劑的鑄型形成漿來形成鑄型，在鑄型形成漿中，每單位體積的水具有的表面活性劑溶液的體積百分比為大約0.9%到大約4.5%。鑄型形成漿可以由粉末與水的混合物來形成,其中每100份的粉末混有26份至30份的水。鑄型形成漿可以包括氧化鋁和二氧化硅中的至少一種。在另一種情況下，鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的表面可以與表面活性劑接觸以潤濕樹狀結(jié)構(gòu)的表面。表面活性劑可以出現(xiàn)在水溶液中，或者可以是水。隨后，可以通過使?jié){與潤濕的樹狀結(jié)構(gòu)表面接觸，使用鑄型形成漿來形成鑄型，以相對于未潤濕樹狀結(jié)構(gòu)表面的情況來提高鑄型產(chǎn)品模型表面的表面光潔度。更具體地說，本發(fā)明涉及如下內(nèi)容(1).一種鑄造醫(yī)療部件，包括適于用作醫(yī)療裝置的部件的鑄造金屬件，其中，所述金屬件由不銹鋼和鈦合金中的至少一種形成，所述金屬件的以Ra值表示的鑄件表面粗糙度低于大約100。(2).根據(jù)第(1)項所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件具有小于大約一英寸的主軸長度。(3).根據(jù)第(1)項所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件具有小于大約3/8英寸的副軸長度。(4).根據(jù)第(1)項所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述Ra值低于大約50。(5).根據(jù)第(1)項所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件由SS17-4不銹鋼和Ti6A14V合金中的至少一種形成。(6).—種用于向患者體內(nèi)的區(qū)域暴露的醫(yī)療裝置，所述裝置的至少一部分包括不銹鋼和鈦合金中的至少一種，所述裝置的所述部分具有小于大約一英寸的主軸，并且所述裝置的所述部分通過鑄造形成。(7).根據(jù)第(6)項所述的醫(yī)療裝置，其中，所述裝置的所述部分具有小于大約3/8英寸的副軸長度。(8).根據(jù)第(6)項所述的醫(yī)療裝置，其中，所述裝置的所述部分包括以Ra值表示的粗糙度小于大約IOO的表面。(9).根據(jù)第(6)項所述的醫(yī)療裝置，其中，所述裝置包括SS17-4不銹鋼和Ti6A14V合金中的至少一種。(10).—種用于形成醫(yī)療裝置的鑄造部分的方法，包括將熔融金屬注入到鑄型的澆口的流體進入端，所述澆口與至少一個側(cè)澆道流體連通；使熔融金屬的至少一部分撞擊澆口的封閉端；并且用熔融金屬回填所述至少一個側(cè)澆道以形成至少一個鑄造體。(11).根據(jù)第(10)項所述的方法，其中，所述至少一個側(cè)澆道包括主軸，所述主軸與所述流體進入端成銳角，與所述封閉端成鈍角。(12).根據(jù)第(11)項所述的方法，其中，在所述至少一個側(cè)澆道的主軸和所述澆口的主軸之間形成的銳角是大約45度。(13).根據(jù)第(10)項所述的方法，其中，所述澆口和封閉端側(cè)澆道之間的連接部定位在距離所述澆口封閉端至少兩個澆口剖面長度的位置處，所述封閉端側(cè)澆道是最靠近所述封閉端定位的側(cè)澆道。(14).根據(jù)第(10)項所述的方法，其中，所述熔融金屬包括不銹鋼和鈦合金中的至少一種。(15).根據(jù)第(10)項所述的方法，其中，注入熔融金屬的步驟包括使用離心機來注入熔融金屬。(16).根據(jù)第(10)項所述的方法，還包括在將熔融金屬注入鑄型之前，將用于保持鑄型的型箱維持在大約780。C以上的溫度。(17).根據(jù)第(16)項所述的方法，其中，形成所述鑄型的步驟包括使型箱經(jīng)受介于大約870。C和大約IOO(TC之間的溫度。(18).根據(jù)第(16)項所述的方法，其中，鑄型漿包括氧化鋁和二氧化硅中的至少一種。(19).根據(jù)第(10)項所述的方法，還包括用包含表面活性劑溶液的鑄型形成漿來形成鑄型，在所述表面活性劑溶液中，每單位體積水中表面活性劑的體積百分比為大約0.9%到大約4.5%。(20).根據(jù)第(19)項所述的方法，其中，所述鑄型形成漿中表面活性劑溶液與粉末的體積比例是每100份粉末大約26份至30份水。(21).根據(jù)第(19)項所述的方法，其中，所述鑄型形成漿包括氧化鋁和二氧化硅中的至少一種。(22).根據(jù)第(10)項所述的方法，還包括用表面活性劑接觸鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的表面，以潤濕所述表面；并且通過使鑄型形成漿與鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的被潤濕表面接觸，用鑄型形成漿來形成鑄模，以相對于未潤濕鑄造樹狀結(jié)構(gòu)表面的情況提高鑄型產(chǎn)品模型表面的表面光潔度。(23).根據(jù)第(")項所述的方法，其中，所述表面活性劑在水溶液中。(24).根據(jù)第(23)項所述的方法，其中，所述水溶液是水。結(jié)合以下的附圖(不嚴(yán)格按照尺寸比例)，從以下的詳細描述中可以更徹底地理解本發(fā)明，其中圖1A是使用傳統(tǒng)鑄造方法形成的具有粗糙表面的鑄造接頭的視圖；圖1B是使用傳統(tǒng)鑄造方法形成的、表面上形成有氣泡的鑄造鉗口的一見圖；圖2的透視圖描繪出與本發(fā)明的一種實施方式一致的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)，其具有澆口和產(chǎn)品側(cè)分枝；圖3示出與本發(fā)明的一些實施方式一致的示例性熔模鑄造過程的步驟的流程圖；圖4A是與示例性實施方式一致的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的封閉端的視圖，示出了由于鑄漿與圍模料反應(yīng)產(chǎn)生的表面粗糙度；圖4B是對圖4A所示澆口的封閉端的粗糙表面進行掃描電子顯微分析和X射線分析得到的圖線，表示在靠近表面的位置具有高的硅含量；圖5A的示意性側(cè)視圖示出樹狀結(jié)構(gòu)模型，其具有在澆口的封閉端附近的位置處連接到澆口上的側(cè)澆道，流動圖案線描繪了在熔融材料沖擊澆口的封閉端之前熔融材料向側(cè)澆道的進入；圖5B的示意性側(cè)視圖示出樹狀結(jié)構(gòu)模型，其具有與圖5A所示的樹狀結(jié)構(gòu)模型相比在離澆口封閉端較遠的位置處連接到樹狀結(jié)構(gòu)模型上的側(cè)澆道，流動圖案線描繪了在材料沖擊澆口的封閉端之后熔融材并牛向側(cè)澆道的回填；圖6A是樹狀結(jié)構(gòu)模型的示意性剖視圖，其中側(cè)澆道與澆口流體進入端成銳角，而與封閉端成鈍角；以及圖6B是樹狀結(jié)構(gòu)模型的示意性剖視圖，其中側(cè)澆道垂直于澆口的主軸線，或者側(cè)澆道與澆口流體進入端成鈍角，而與封閉端成銳角。具體實施方式現(xiàn)在將描述一些示例性實施方式，以為這里公開的結(jié)構(gòu)、功能、制造、裝置的使用以及方法的原理提供更完全的理解。這些實施方式中的一個或多個圖示在附圖中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里具體描述和圖示在附圖中的裝置和方法是非限制性的實施方式，并且本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求來限定。結(jié)合示例性實施方式圖示或描述的特征可以與其他實施方式的特征進行結(jié)合。這種修改和變型意圖都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所示出的本發(fā)明的一些實施方式用于鑄造醫(yī)療部件或裝置。所述鑄件適于暴露到患者的內(nèi)部區(qū)域(也就是說材料是惰性的并且不會使有害的材料溶解到患者體內(nèi))。在一些實施方式中，部件或裝置可以由諸如不銹鋼合金(例如沉淀硬化的SS17-4合金)或者鈦合金(例如apTi6A14V合金)之類的金屬材料鑄造。具體的實施方式可以使用具有較窄工作溫度范圍的金屬材料，也就是熔融金屬在變得具有難以接受的反應(yīng)性之前在材料熔點或者熔化范圍之上的溫度范圍較小，這種難以接受的反應(yīng)性可能導(dǎo)致鑄件的雜質(zhì)污染(也就是導(dǎo)致材料不再符合醫(yī)用級別)，和/或機械性能或表面特性的損失，和/或模具中形成不完善的部件。此外，即使在合適的工作溫度范圍內(nèi)，金屬材料也會表現(xiàn)出有限的流動性(例如高粘度)。當(dāng)然，盡管具體參考了諸如金屬和合金之類的鑄造材料，但是根據(jù)本申請的各個方面，也可以使用用于鑄件的其他種類材料(例如具有在材料熔點附近的粘度和高反應(yīng)性的類似問題的非金屬)。一些實施方式涉及通常為小尺寸的鑄造部件和裝置。相對于主軸和/或副軸來描述這些部件的尺寸。主軸可以是鑄件的最長的長度尺寸，副軸可以是與主軸垂直的最短距離，其能夠與主軸一起在由這些軸形成的平面內(nèi)限定圍繞鑄件的矩形。例如，鑄件可以具有小于大約l英寸或者小于大約0.3英寸的主軸長度，和/或小于大約3/8英寸或者小于大約0.08英寸的副軸長度。術(shù)語"主軸"和"副軸"還可以用于限定其他結(jié)構(gòu)的尺寸，例如澆口或者模具腔中的側(cè)澆道，以形成下述的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)。一些實施方式還允許形成表面粗糙度Ra值在大約100以下(也就是在商業(yè)使用的鑄造材料的級別以下)或者在大約50以下的鑄件。在不受任何具體理論限制的情況下，認(rèn)為這里所討論的技術(shù)能夠允許使用諸如不銹鋼合金(例如沉淀硬化的SS17-4)和鈦合金(例如a(3Ti6A14V合金)之類的醫(yī)用合金以這里討論的尺寸和/或粗糙度特性來制造鑄件和裝置，因為這種技術(shù)至少能夠部分地減輕與傳統(tǒng)鑄造相關(guān)的具體問題，傳統(tǒng)鑄造制造的產(chǎn)品太粗糙，或者具有與部件尺寸相當(dāng)?shù)拇植诙忍匦?也就是制造了不能使用的部件)，或者不能可靠地形成完善的鑄件。例如，如圖1A所示，使用金屬合金的傳統(tǒng)鑄造形成的接頭示出的粗糙度大致為110。圖1B描繪了由于模具中形成氣泡而在鉗口部件上形成的氣泡120。與這里所述的示例性實施方式一致的鑄件和裝置可以結(jié)合鑄造樹狀結(jié)構(gòu)形成。圖2描述了與一些示例性實施方式一致的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)200。樹狀結(jié)構(gòu)200可以通過使熔融的鑄造材料流過洗口以形成相應(yīng)的主干結(jié)構(gòu)210來形成。澆口可以與一個或多個側(cè)澆道流體連通。每個側(cè)澆道可以對應(yīng)于包含所需鑄件(例如圖2所示鑷子的鉗口的一部分)的產(chǎn)品分枝臂220。在形成并硬化整個樹狀結(jié)構(gòu)200時，每個分枝臂220可以從主干部分210分離并用作相應(yīng)醫(yī)療裝置的至少一部分。與示例性實施方式一致的樹狀結(jié)構(gòu)可以具有各種尺寸和形狀的主干結(jié)構(gòu)和分枝臂。此外，分枝臂的數(shù)量和它們相對于主干結(jié)構(gòu)的定位可以改變，包括以本申請中明確示出以外的方式。諸如圖2所示的樹狀結(jié)構(gòu)可以使用熔模鑄造工藝來形成。示例性熔模鑄造過程300的步驟參考圖3的流程圖來描述。在過程300的步驟310中，形成樹狀結(jié)構(gòu)模型，將其用作腔形成物體?？梢杂弥T如蠟和/或塑料(例如聚苯乙烯臂)之類的聚合物材料和/或能夠在"燒除"步驟中被移除的其他材料來構(gòu)造樹狀結(jié)構(gòu)模型。樹狀結(jié)構(gòu)模型的一個或多個側(cè)澆道可以分別向腔形成流體路徑，在過程完成時該腔對應(yīng)于鑄件。樹狀結(jié)構(gòu)模型可以插入到型箱中(步驟320),:型箱用于保持將形成鑄型的熔模漿?？梢允褂玫娜勰{的類型包括適于鑄造所選熔融材料的那些。示例包括氧化鋁基漿以及硅和氧基漿(例如JFormulaPlatinumInvestment,RomanoffInternationalAmityville，NY;780Investment,DentsplyInternational-Ransom&Randolph,Maumee,OH)。熔模漿添加到包含樹狀結(jié)構(gòu)模型的型箱中，并可以隨后放入真空室中以去除氣泡(步驟330)。在熔模漿硬化時，型箱和鑄型可以放在烤箱中以燒除樹狀結(jié)構(gòu)模型部件(例如形成蠟主干的澆口、塑料臂、和/或塑料模型的其他部分)，以在硬化的熔模鑄型中留下用于放入鑄造材料的腔(步驟340)。接下束,通過一些注入機構(gòu)(例如具有真空氣室的商業(yè)上可得到的離心機)用熔融的鑄造材料(例如熔融金屬)來填充鑄型(步驟350)。型箱和鑄型可以定位在離心機中，固態(tài)的金屬鑄造材料放在熔缸中用于接下來的熔化和注射。在關(guān)閉離心機蓋之后，室可以被排空并且用非活性氣體(例如氬)來回填，同時金屬鑄造材料可以暴露到適當(dāng)?shù)臏囟?例如通過用電感來加熱)，以進行熔化。離心機的加速度允許熔融金屬注入熔模鑄型。這種注入可以以較快的速率進行，以在熔融材料開始凝固之前充滿型腔。在熔融金屬冷卻并凝固之后，可以移除鑄型以顯示出金屬的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)(步驟360)。例如通過打澆口(degating)可以從鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的分枝臂移除部件(步驟370)，并且之后用作醫(yī)療裝置的一部分。盡管可以使用前述的熔模鑄造來形成鑄造樹狀結(jié)構(gòu)，但是也可以使用任何數(shù)量的已知鑄造技術(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解,這里所公開的技術(shù)可以以任意組合應(yīng)用于其他已知的鑄造方法，以形成這里所述的部件和其他產(chǎn)品。以下的實施方式描述可以用在鑄造(例如熔模鑄造)中以提高鑄造的金屬件的表面質(zhì)量和/或生產(chǎn)率的技術(shù)，如這里所述。盡管各個實施方式可以實踐為單獨的技術(shù)，但是這些技術(shù)中的一個或多個可以進行結(jié)合以形成其他實施方式。應(yīng)當(dāng)理解，這些技術(shù)中的任意一個可以單獨實現(xiàn)或者與其他的一個或多個結(jié)合，并且所有這些變換都在本申請的范圍內(nèi)。側(cè)澆道的回i真一種示例性實施方式涉及形成醫(yī)療裝置的鑄造部分。熔融金屬例如可以通過使用離心才幾注入到鑄型中的澆口的流體進入端中。這些熔融金屬的類型包括前述的所有那些，例如不銹鋼合金或鈦合金。洗口可以具有與其流體連通的一個或多個側(cè)澆道。熔融金屬可以快速到達澆口的封閉端(例如在熔融金屬能夠完全填充側(cè)澆道之前)，沖擊封閉端并且流向反向。由此，熔融金屬能夠快速回填到一個或多個側(cè)澆道。這種回填^吏得可以完全填充側(cè)澆道，由此在金屬冷卻時形成鑄造物體。這種實施方式是有利的，因為熔融金屬可以充分加熱到其熔點以上，以允許熔融金屬充分地填充鑄型側(cè)澆道。在不需要受到任何特定理論限制的情況下，盡管熔融材料可能由于其高溫而與鑄型表面發(fā)生一些氧化或其他表面反應(yīng)，但是對封閉的澆口端的沖擊能夠?qū)е码s質(zhì)沉積在無關(guān)的主干結(jié)構(gòu)中。如圖4A所示，由不銹鋼SS17-4形成的樹狀結(jié)構(gòu)的澆口的封閉端410具有粗糙的表面420。如圖4B的圖線所示，粗糙表面的掃描電子顯微分析和X射線分析(SEM/EDX分析)顯示出表面上的硅和氧成分的含量高，可以認(rèn)為是對應(yīng)于鑄型上的反應(yīng)表面。由此，在澆口的封閉端處發(fā)生反應(yīng)。在沖擊之后，熔融金屬會冷卻到較低的溫度，但是該溫度還是足夠高，仍能夠保持足夠的粘度以允許回填到側(cè)澆道。熔融材料在較低溫度下的噴射可以阻礙形成雜質(zhì)的趨勢，但是接下來當(dāng)熔融金屬填充型腔時的冷卻會導(dǎo)致在熔融金屬完全填充鑄型的空隙之前凝固。在另一種示例性實施方式中，鑄型的樹狀結(jié)構(gòu)模型包括具有封閉端和流體進入端的澆口，流體進入端包含用于注入熔融材^"的開口。澆口的特征在于其剖面的長度。樹狀結(jié)構(gòu)模型可以具有流體連通的一個或多個側(cè)澆道，一個或多個側(cè)澆道定位成使得封閉端側(cè)澆道(也就是最靠近澆口的封閉端定位的側(cè)澆道)與澆口的連接離澆口的封閉端至少兩個澆口剖面長度(也就是從澆口的封閉端到澆口與側(cè)澆道之間的連接開始處的距離至少是大約兩個澆口剖面長度)。圖5A描述了具有封閉端側(cè)分枝510的鑄型的樹狀結(jié)構(gòu)模型500，分枝510定位成靠近澆口530的封閉端520。相比較而言，如圖5B所示，樹狀結(jié)構(gòu)模型505的側(cè)澆道515可以定位成遠離澆口535的封閉端525,這可以促進雜質(zhì)的反應(yīng)以及熔融金屬在如流動線545所示回填到側(cè)澆道之前的冷卻。在一種替代實施方式中，與澆口的封閉端側(cè)澆道連接定位成離澆口的封閉端至少三個澆口剖面長度。因為過長的澆口可能導(dǎo)致熔融金屬冷卻，這會阻礙澆道填充，所以在其他實施方式中，封閉端側(cè)澆道連接和澆口的封閉端之間的長度介于大約兩個至大約四個澆口剖面長度之間，或者介于大約兩個至大約三個澆口剖面長度之間。可能的剖面長度包括當(dāng)澆口具有大致均勻的圓形橫截面時澆口的直徑。對于非圓形的橫截面，剖面長度可以對應(yīng)于使用標(biāo)準(zhǔn)的圓公式來產(chǎn)生澆口的適當(dāng)橫截面積的有效直徑。如果橫截面積是不均勻的，則沿著所選澆口長度的平均橫截面積或者中間橫截面積可以用于計算有效直徑，并由此計算剖面長度。剖面長度的其他可能的測量包括沿著澆口的給定長度部分的平均或中間橫截面積的平方根。在另一種實施方式中，鑄型的樹狀結(jié)構(gòu)模型可以定位成使得一個或多個側(cè)澆道定位成促進熔融金屬在沖擊澆口的封閉端之后向側(cè)澆道的回填。例如，一個或多個側(cè)澆道可以定位成橫_得它們的主軸與澆口流體進入端成銳角，而與封閉端成鈍角。如圖6A所示，樹狀結(jié)構(gòu)600的澆口610具有主軸614，熔融材^1"沿著主軸614在方向613上進行注入。側(cè)澆道620具有主軸624，主軸624與澆口610的流體進入端612成銳角，而與封閉端611成鈍角(也就是主軸614和624形成銳角al)。其他的側(cè)澆道620、630定位成形成角度a2和a3，側(cè)澆道620、630每個都與澆口610的流體進入端612成一定銳角，而與封閉端611成鈍角。在一種具體的實施方式中，一個或多個側(cè)澆道具有主軸，在側(cè)澆道的更貼近澆口流體進入端的一側(cè)上，該主軸在與澆口的主軸611相交時形成大約45度的角度。在不需要被任何特定的理論限制的情況下，應(yīng)當(dāng)相信，側(cè)澆道相對于澆口流向的定位可以促進在熔融金屬沖進澆口封閉端之后向側(cè)澆道的回填。例如，圖6B所述的樹狀結(jié)構(gòu)示出了側(cè)澆道朝向澆口封閉端以一定角度形成的傳統(tǒng)方法。但是，因為側(cè)澆道644與封閉端651成銳角而與流體進入端652成鈍角，所以相對于圖6A的構(gòu)造，在方向653上流到澆口650中的熔融金屬將在沖擊封閉端651之前具有更容易填充側(cè)澆道的趨勢。結(jié)果，在側(cè)澆道中更容易發(fā)生熔融金屬的有害反應(yīng)，可能使鑄造產(chǎn)品材料中混入雜質(zhì)。相反，圖6A所示樹狀結(jié)構(gòu)的傾斜側(cè)澆道將促進在回填方向(也就是與箭頭613所示流向相反的方向)上對側(cè)澆道的填充。由此，例如通過促進^f壬何這種雜質(zhì)形成朝向澆口的封閉端部分，阻止了側(cè)澆道中形成雜質(zhì)。在具體的實施方式中，使用朝向封閉端延伸的澆口長度并使側(cè)澆道定位成遠離澆口的封閉端的特征也可以用在鑄造過程中，例如在離心熔模鑄造中。離心熔模鑄造使用由離心力產(chǎn)生的壓力來驅(qū)動流動。與本實施方式一致，離心力在兩個方向上作用第一是使熔融金屬噴出熔爐并進入澆口；第二是從澆口進入澆道和部分腔，也就是驅(qū)動回填。相對于傳統(tǒng)的重力供給澆道系統(tǒng)，通過結(jié)合較長的澆口并且使?jié)驳老到y(tǒng)的方向相反的特征，可以在凝固之前幫助實現(xiàn)腔的完全填充。溫度提升另一種示例性實施方式涉及使鑄型經(jīng)受指定的溫度以上的溫度，以幫助減少鑄件中的缺陷。例如，用于熔模鑄造中形成鑄型的型箱可以保持在大約780。C或者大約870。C以上的溫度，以在熔融金屬注入(例如通過澆注或者注射)的過程中提高鑄型材料的溫度。溫度可以保持在特定的溫度范圍內(nèi)(例如在大約780。C和大約1000。C之間，或者在大約870。C和大約IOO(TC之間，或者在大約87(TC和大約950。C之間)，或者在特定的溫度附近(例如大約900°C)。在一種實施方式中，鑄型經(jīng)受的溫度或溫度范圍高于傳統(tǒng)用在熔模鑄造中的溫度范圍但是低于熔融金屬注入過程中鑄型可能降級或者在鑄型中產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)的溫度。基于氧化鋁和二氧化硅的鑄型材料可以潛在地受益于這種技術(shù)。在一個示例性例子中，可以與爐子中的模型燒除步驟協(xié)同實現(xiàn)這樣的溫度或溫度范圍。爐子可以以一個連續(xù)的周期運行12小時，以實現(xiàn)燒除和合適的型箱溫度。接下來，緊跟在燒除步驟的完成之后，熔融金屬可以添加(例如澆注)到鑄型。在一些諸如傳統(tǒng)的重力供給之類的例子中，用于將熔融金屬供給到鑄型中的管道還可以保持在特定的溫度或溫度范圍，以防止在熔融金屬進入鑄型時過度冷卻熔融金屬。當(dāng)使用離心鑄造時，不需要管道或者輸送裝置。金屬可以在熔缸中熔化，該熔缸在靠近其上邊緣處具有孔或者噴口，并且定位成非?？拷T型的澆口開口。熔缸可以略微傾斜定位，使得在離心力下，液態(tài)金屬沿著熔缸的傾斜側(cè)流動并流出噴口，穿過熔缸噴口和鑄型之間專交短的自由空間距離，然后直接流入到鑄型中的澆口開口中，其中澆口開口與熔缸噴口直接對準(zhǔn)。相對于使用780。C以下的溫度，用增加的型箱溫度進行的試驗使得側(cè)澆道中不完全填充的程度降低了將近一個數(shù)量級。升高的溫度還易于改進完成的鑄件光潔度(例如在鑄件的表面上出現(xiàn)較少的空穴、氣泡以及陶瓷雜質(zhì))。應(yīng)當(dāng)相信，升高的型箱溫度能夠幫助將具體熔融金屬合金保持在它們的熔化溫度之上，以允許熔融材料在冷卻并凝固之前完全填充部件腔，同時被完全包含在鑄型的腔內(nèi)。此外，有利的是，將供給澆道和容器或者熔融材料儲存期設(shè)計成不在完全充滿鑄型腔并在鑄型腔內(nèi)開始冷卻之前變冷。表面活性劑的使用與示例性實施方式一致的另一種技術(shù)使用表面活性劑來減小鑄型中形成氣泡的趨勢，鑄型中形成氣泡可能有害地影響鑄件的表面質(zhì)量。在一個實施方式中，表面活性劑可以添加到鑄型漿中以在凝固時幫助提高鑄型腔成品的表面。例如，表面活性劑可以添加到鑄型腔中并隨后注入具有樹狀結(jié)構(gòu)模型的型箱中以形成需要的鑄型。表面活性劑可以處理成清潔劑水溶液(例如商業(yè)上可得到的分散在7jC中的-液態(tài)清潔劑，例^口由Procter&Gamble銷售的DawnLiquidDishwashingDetergent)。盡管液態(tài)清潔劑的各種濃度可以用在鑄型漿中，但是在一個具體實施方式中，表面活性劑分配成在鑄型漿中出現(xiàn)的單位體積水中的體積濃度在大約0.9%或大約1.8%之上的液態(tài)清潔劑溶液。一H來說，還可以使用更高濃度的表面活性劑。在一些例子中，液態(tài)清潔劑濃度變得過高以致于不能產(chǎn)生加速的熔模凝固。由此，在一些實施方式中，液態(tài)清潔劑在鑄型漿中出現(xiàn)的單位體積水中的體積濃度可以低于大約4.5%、或者低于大約3.6%、或者低于大約2.7%。此外，液態(tài)清潔劑在鑄型漿中出現(xiàn)的單位體積水中的體積濃度可以在大約0.9%至大約4.5%、或者大約0.9%至大約3.6°/。、或者大約1.8%大約2.7%。這種范圍可以具有使用足夠的清潔劑來減少氣泡形成的優(yōu)點，同時還能防止使用過量的清潔劑，由于鑄型漿凝固的加速催化，使用過量的清潔劑可以潛在地減少鑄型漿的工作時間。鑄型漿的剩余成份的濃度可以依賴于使用的鑄型材料的類型。例如，硅和氧基的熔模漿(例如780熔模，DentsplyInternationa1-Ransom&Randolph,Ma腿ee,0H)可以使用按重量大約26到30份的水和100份的干熔模粉。當(dāng)然，也可以使用諸如氧化鋁之類的其他鑄型材料。與使用表面活性劑的鑄型相比，在不包括使用表面活性劑的鑄型中進行的對照氣泡缺陷形成試驗表面氣泡缺陷從33%減小到3%。一般來說，隨著鑄型中表面活性劑的量增大，氣泡缺陷的數(shù)量減小。在另一種實施方式中，表面活性劑可以應(yīng)用到諸如樹狀結(jié)構(gòu)模型之類的模型上，該模型接下來在鑄型中形成腔。例如，該模型可以是熔模鑄造過程的一部分，其中施加表面活性劑的模型放在型箱中，之后放在鑄型漿中以使?jié){在凝固的鑄型中形成需要的腔。表面活性劑可以出現(xiàn)在水溶液中(例如表面活性劑分散在水中)。此外，水溶液可以是水。如這里所用的，術(shù)語"水，，包括通常用在商業(yè)和實驗室應(yīng)用中的各種級別的水(例如蒸餾水、過濾的水、經(jīng)過商業(yè)應(yīng)用的木炭系統(tǒng)處理的水、各種級別的去離子水、通常的飲用水等)。本實施方式還可以與這里所述的向鑄型漿添加表面活性劑的所有變型一起實現(xiàn)。通過在熔融金屬合金的熔模鑄造過程中向蠟樹狀結(jié)構(gòu)施加清潔劑水溶液進行的試驗得到了具有改進的表面光潔度的鑄件。在水用作表面活性劑和在樹狀結(jié)構(gòu)模型上沒有使用表面活'性劑的對比試驗中，在使鑄件相對于通道特征具有一致的表面光潔度的情況下，濕的樹狀結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)致將近高三倍的出產(chǎn)率。試驗提供以下的試驗結(jié)果來說明本申請的一些方面。但是，這些試驗并不意圖限制本發(fā)明任何實施方式的范圍?？傮w來說，下述的實施方式利用熔模鑄造操作并使用這里描述的具體變型，該熔模鑄造操作使用離心機并緊跟著圖3的流程圖所示的過程。除非另外說明，所有試驗中使用的熔融金屬都是沉積硬化的17-4不銹鋼。此外，熔模材料是來自DentsplyInternational-Ransom&Randolph,Maumee，0H的780Investments試驗l:朝向澆口封閉端的長度的影響在以下的表1所示的各種條件下鑄造總共16個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)，每個樹狀結(jié)構(gòu)具有12個產(chǎn)品側(cè)澆道臂。澆口直徑大約為25/64英寸。表1試驗1的試驗條件<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>2.5英寸的型箱高度對應(yīng)于使最靠近澆口封閉端的側(cè)澆道基本上定位成靠近澆口的封閉端。3.5英寸的型箱高度對應(yīng)于使最靠近澆口封閉端的側(cè)澆道定位成遠離澆口的封閉端大約1英寸，也就是封閉端側(cè)澆道連接遠離澆口的封閉端大約2.56倍的淺口直徑。型箱溫度表示在熔融金屬的注入過程中型箱和鑄型組件的溫度。旋轉(zhuǎn)時間指進行離心操作以噴射熔融金屬的時間量。關(guān)于鑄造溫度，MP對應(yīng)于大約125(TC,金屬在該溫度下完全液化，材料在該溫度范圍上熔化。型箱高度對于樹狀結(jié)構(gòu)部件上的表面反應(yīng)量(也就是在側(cè)澆道上的表面反應(yīng)量)的影響被量化分級為1-3級，l是指部件上的表面反應(yīng)量最高，3指部件上的表面反應(yīng)量最低。使用這種級別，部件上的表面反應(yīng)級別列在上述表1的最右欄中。關(guān)于平均值，2.5的型箱高度對應(yīng)于大約1.8的平均表面反應(yīng)級別。由此，該試驗示出在澆口閉合端側(cè)澆道之后的長度越長，在樹狀結(jié)構(gòu)的部件上形成越少的反應(yīng)。試驗2:側(cè);克道傾斜定位的影響共產(chǎn)生了四個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)，每個樹狀結(jié)構(gòu)具有12個產(chǎn)品側(cè)澆道臂。產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)中的兩個鑄造有朝向澆口流體進入端傾斜的側(cè)澆道臂(例如圖6A所示)，同時另外兩個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)鑄造有朝向澆口傾斜的側(cè)澆道臂(例如圖6B所示的封閉端澆道)。產(chǎn)品側(cè)臂被鑄造成醫(yī)療裝置的具有大量齒的夾鉗件?；诹炕募墑e1或2來測量產(chǎn)品側(cè)壁的表面粗糙度，以確定由于側(cè)澆道定向?qū)е碌娜魏螡撛谟绊?。通過量化的觀測，量化得到對于具有朝向澆口流體進入端傾斜的側(cè)壁的樹狀結(jié)構(gòu)，夾鉗件沒有可見的缺陷(級別1)。相反，具有朝向澆口封閉端傾斜的產(chǎn)品側(cè)壁的樹狀結(jié)構(gòu)具有少量的表面粗糙度和可見的缺陷(級別2)。試驗3:型箱溫度對鑄件產(chǎn)品的影響鑄造了八個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)，每個樹狀結(jié)構(gòu)具有12個產(chǎn)品側(cè)壁。使用來自DentsplyInternation-Ransom&Randolph,Maumee，OH的780Investment來鑄造樹狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)中的四個使用760。C的型箱溫度來鑄造，并且剩余的四個使用90(TC的型箱溫度來鑄造；后者超過了制造商建議暴露熔模材料的溫度。對于每個樹狀結(jié)構(gòu)，檢查產(chǎn)品側(cè)澆道的不完全填充和表面粗糙度。具體而言，表面粗糙度被量化分級成級別1至5，1最小，表示沒有粗糙度，5最大，表示鑄件上觀察到的最大粗糙度級別。型箱溫度和觀測的數(shù)據(jù)示出在表2中。表2型箱溫度和從試驗3得到的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>1使用表2的值，對于經(jīng)受76(TC型箱溫度的樹狀結(jié)構(gòu)，側(cè)澆道的不完全填充的平均數(shù)量是4,平均的表面粗糙度級別為1.5。相反，對于經(jīng)受90(TC型箱溫度的樹狀結(jié)構(gòu)，不完全填充的平均數(shù)量是0.25，平均的表面粗糙度級別為1。由此，較高的型箱溫度導(dǎo)致較少的側(cè)澆道不完全填充和總體上減少的表面粗糙度。試驗4:將表面活性劑添加到熔模上對產(chǎn)品表面氣泡形成的影響鑄造了十六個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)，每個樹狀結(jié)構(gòu)具有12個產(chǎn)品側(cè)澆道。使用來自DentsplyInternational-Ransom&Randolph,Maumee，OH的780Investment來鑄造樹狀結(jié)構(gòu)。在根據(jù)制造商的說明來準(zhǔn)備炫模材料時，除了以2ml的SimpleGreenSoapCleaner(SunshineMakers,Inc.，HuntingtonHarbour,CA)來^替等體積的7jc用在八個鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的鑄型中外，剩余的八個樹狀結(jié)構(gòu)都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的熔模來準(zhǔn)備。在完成樹狀結(jié)構(gòu)的鑄造之后，每個樹狀結(jié)構(gòu)的所有產(chǎn)品臂都檢查是否存在氣泡。對于具體的鑄造樹狀結(jié)構(gòu)記錄了與產(chǎn)品側(cè)澆道相關(guān)的氣泡的總數(shù)。十六個鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的結(jié)果匯總示出在表3中。表3:試驗4的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>試驗結(jié)果說明在形成的96個部分(每個部分對應(yīng)于一個插品側(cè)澆道)中，33.3%的部分是有缺陷的，因為在熔模材料中未使用表面活性劑的情況下樹狀結(jié)構(gòu)形成了氣泡。相反，對于使用混入2ml肥皂溶液的熔模材料形成的樹狀結(jié)構(gòu)，僅3.1%的部分由于表面氣泡的存在而有缺陷。試驗5:水對部件表面光潔度的影響鑄造了八個產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)，每個樹狀結(jié)構(gòu)具有12個產(chǎn)品,'j澆道。產(chǎn)品側(cè)臂被鑄造成醫(yī)療裝置的具有大量齒的夾鉗件。調(diào)查齒之間區(qū)域的表面光潔度，以判斷能否通過鑄造樹狀結(jié)構(gòu)的任意側(cè)壁來實現(xiàn)平滑的光潔度。具體而言，對于其中的四個樹狀結(jié)構(gòu)，在將熔模添加到型箱之前，一滴去離子水放在蠟樹狀結(jié)構(gòu)的所有12個產(chǎn)品側(cè)分枝的齒列之間。對于剩余的四個樹狀結(jié)構(gòu)，在將熔模添加到型箱之前，一滴去離子水放在蠟樹狀結(jié)構(gòu)的12個產(chǎn)品側(cè)分枝中的六個的齒列之間。檢查最終鑄造產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)的齒之間的表面是否存在表面反應(yīng)。表面反應(yīng)的存在被量化成級別0至5，O表示沒有表面反應(yīng)的最小級別，5對應(yīng)于最大的表面反應(yīng)級別。試驗結(jié)果如表4所示。表4:試驗5的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>如表4所示，干的齒之間的區(qū)域通常比用去離子水進行潤濕的區(qū)域具有更高的表面粗糙度。對于濕的區(qū)域來說，表面粗糙度級別的平均值為1.25,而對于干的區(qū)域，平均表面粗糙度級別為3.25。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)基于上述實施方式理解本發(fā)明的進一步特征和優(yōu)點。由此，本發(fā)明不限于具體示出和描述的實施方式，而是由所附權(quán)利要求來限定。事實上，如前所述，一種或多個技術(shù)可以單獨實現(xiàn)，也可以與任何其他技術(shù)結(jié)合來提供產(chǎn)品鑄件(例如將側(cè)澆道的對準(zhǔn)與將封閉端側(cè)澆道定位成遠離澆口封閉端至少兩個剖面長度)。這里應(yīng)用的所有公開和文獻都通過引用將其整體包含在這里。權(quán)利要求1.一種鑄造醫(yī)療部件，包括適于用作醫(yī)療裝置的部件的鑄造金屬件，其中，所述金屬件由不銹鋼和鈦合金中的至少一種形成，所述金屬件的以Ra值表示的鑄件表面粗糙度低于大約100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件具有小于大約一英寸的主軸長度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件具有小于大約3/8英寸的副軸長度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述Ra值低于大約50。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造醫(yī)療部件，其中，所述鑄造金屬件由SS17-4不4秀鋼和Ti6A14V合金中的至少一種形成。全文摘要本發(fā)明涉及了具有改進的表面特性的鑄件及其制造方法。這里描述了形成用于醫(yī)療裝置的適于與患者的內(nèi)部區(qū)域進行接觸的鑄造部件的技術(shù)。這樣的部件尺寸較小(例如具有小于0.3英寸的主軸，和/或小于大約0.08英寸的副軸)，并且可以用具有高熔點并與周圍部件或者鑄型表面具有高反應(yīng)性的金屬來形成，例如不銹鋼和鈦合金。這種技術(shù)可以包括將熔融金屬注入鑄型樹狀結(jié)構(gòu)的澆口中，使得在熔融金屬撞擊澆口的封閉端之后回填到側(cè)澆道中。側(cè)澆道可以以特定的方向和位置來定位，以促進回填。此外，型箱溫度和表面活性劑的使用也可以促進鑄件形成，并防止形成表面缺陷。文檔編號B22D37/00GK101152667SQ20071016302公開日2008年4月2日申請日期2007年9月28日優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日發(fā)明者B·S·德福斯,D·F·希尼,S·奧努庫里,T·J·波特,W·A·克勞福德申請人:伊西康內(nèi)外科公司