一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法技术

本发明专利技术公开了一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法，该方法包括：对干骺端假体部分中上段加密CT扫描，将CTdicom数据导入Mimics软件重建网格模型；对网格模型进行表面重建、光顺处理；对骨骼三维网格模型应用人工关节设计理念进行后修饰；构建表面、设计生成个性化关节假体三维模型；通过有限元分析对个性化关节假体在形状上进行调整；将植入物的三维模型导入快速成型机，通过EBM RP技术金属3D打印出来。本发明专利技术打印制造的成品，可以与每个患者的股骨干骺端髓腔形状完全相匹配，只需要少量的术中髓腔磨锉，就可以将个性化的股骨假体敲击植入，获得良好的初始固定及长期的生物学固定。

【技术实现步骤摘要】
一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法
本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法。
技术介绍
现有的标准化人工股骨假体是基于普遍股骨髓腔形态的统计学数字来设计的，而每个人的股骨髓腔形状各不一样，因此，标准化人工股骨假体形状和股骨髓腔形状基本上都是不匹配的。在行人工全髋关节置换术时，大量时间耗在逐次磨锉髓腔、反复试模上，为所选择的某一种假体柄先磨锉形成一个合适的腔隙，再予股骨柄假体植入敲击牢靠。标准股骨柄假体植入存在的问题：磨锉髓腔繁琐费时、骨量丢失多、容易并发术中假体周围骨折、术中出血多、手术时间长、有关的手术并发症多、术后恢复慢。对于股骨近端髓腔畸形、Crowe4型细而直的髓腔、近端扭曲的股骨髓腔，标准股骨柄无法有效植入或匹配。标准化股骨柄假体每种假体形状确定(柄体内侧曲线弧度、三维锥度)，与髓腔形态天然不匹配。现有的个性化定制股骨假体设计费时，没有专用的设计软件，制造繁琐：需单独制模、铸造、锻造、铣、磨、刨。制造周期特别长，而且价格昂贵，临床应用极少，主要用于肿瘤假体的定制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法，旨在解决现有的标准化人工股骨假体与髓腔形态天然不匹配，个性化定制股骨假体制造繁琐的问题。本专利技术是这样实现的，一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法包括：步骤一、对干骺端假体部分中上段加密CT扫描，将CTdicom数据导入Mimics软件重建网格模型；步骤二、对网格模型进行表面重建、光顺处理；步骤三、对骨骼三维网格模型应用人工关节设计理念进行后修饰；步骤四、构建表面、设计生成个性化关节假体三维模型，模型内部为一个纵形的倒圆锥形空腔，内径为标准化设计，可与标准化股骨柄柄体通过Morsetaper锥形嵌合获得牢固的组配固定，股骨颈部、肩部及远端柄体采用标准化系列化制造整体；步骤五、通过有限元分析对个性化关节假体在形状上进行调整；步骤六、将植入物的三维模型导入快速成型机，通过EBMRP技术金属3D打印出来。进一步，EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法所使用的3D打印系统包括安装架、设于安装架内的打印平台和设于打印平台上方的打印头、惰性气体保护焊接系统、夹持机构、进料机构、物料托板、X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置；所述的打印头连接在XYZ三轴运动装置上，三轴联动定位打印头的三维坐标，打印头在X、Y两轴运动机构的带动下沿目标零件的第一层切片图纸形状移动，当第一层切片焊合完整后，Z轴运动机构将打印头提升一层的高度，重复下一层切片的打印；所述打印平台设有驱动打印平台沿Z轴运动的Z轴运动装置，该Z轴运动装置包括设置在打印平台两侧的Z轴导向块和Z轴丝杆螺母座，以及设置在安装架两侧的Z轴导向柱、Z轴丝杆和Z轴电机，所述Z轴导向块套在所述Z轴导向柱上，所述Z轴丝杆螺母座套在所述Z轴丝杆上，所述Z轴电机通过Z轴同步带驱动所述Z轴丝杆；驱动3D打印头沿X轴运动的X轴运动装置，以及驱动X轴运动装置沿Y轴运动的Y轴运动装置，该X轴运动装置包括支撑架、X轴电机和X轴滑块，所述支撑架包括顶板和两侧板，两个侧板之间设有X轴导杆，所述X轴滑块套在X轴导杆上，所述支撑架两侧设有同步带轮，两个同步带轮之间设有X轴同步带，所述X轴电机驱动其中一个同步带轮，所述X轴滑块上设有齿条，所述齿条与X轴同步带啮合；驱动3D打印头沿Y轴运动的Y轴运动装置包括Y轴电机、Y轴丝杆和设于所述支撑架的顶板上的Y轴丝杆螺母，所述Y轴电机直接驱动Y轴丝杆，所述Y轴丝杆螺母套在Y轴丝杆上，所述支撑架的两侧设有Y轴导向块，所述安装架上对应Y轴导向块处设有Y轴导轨，所述Y轴导向块与Y轴导轨配合；所述的打印头包括熔覆喷嘴、强化喷嘴，所述熔覆喷嘴用于喷射粉末，所述强化喷嘴用于喷射喷丸或发射激光，所述熔覆喷嘴设置在中心，所述强化喷嘴设置在熔覆喷嘴外围，所述强化喷嘴包括3-5个喷管，每个喷管可通过电气系统控制实现单独喷丸；所述的惰性气体保护焊接系统中的惰性气体产生系统包括产气单元、检测单元、冷却单元以及控制器，所述产气单元包括惰性气体发生炉以及与惰性气体发生炉内部连通的燃粉自动进料单元，所述检测单元包括O2气体分析仪和O2、CO气体分析仪，所述冷却单元包括至少一组冷却器，所述O2气体分析仪的进气端通过第一风机与被保护密闭空间连通，其出气端通过管道与惰性气体发生炉进口连通，所述惰性气体发生炉的出口通过管道与冷却器连通，所述冷却器通过第二风机与被保护密闭空间连通，所述O2、CO气体分析仪通过管道与冷却器连通，所述燃粉自动进料单元、O2气体分析仪以及O2、CO气体分析仪分别与控制器连接；在所述第二风机与被保护密闭空间连通的管道上设置有与控制器连接的二位三通电动球阀，所述控制器根据O2、CO气体分析仪检测的结果，控制二位三通电动球阀通过管道与被保护密闭空间或惰性气体发生炉连通，在所述第一风机与O2气体分析仪连通的管道上设置有与控制器连接的气体流量传感器。进一步，所述的打印平台进行分层打印的具体方法包括：步骤一、熔覆层成形：首先采用金属3D打印技术在基材表面形成若干熔覆层，每一层熔覆层的层厚0.05-0.3mm，当熔覆层达到一定厚度时，停止3D打印成形；步骤二、熔覆层加热：通过加热装置将熔覆层上表面加热到100℃-700℃；步骤三、熔覆层分区：将熔覆层分为边界区和中间区；其中边界区由外边界区组成，或者由外边界区和内边界区组成；所述外边界区为零件外轮廓向零件内部偏移0.5-3mm所形成的闭合曲线与该外轮廓形成的封闭区域，所述内边界区为零件内轮廓向零件内部偏移0.5-3mm所形成的闭合曲线与该内轮廓形成的封闭区域；所述中间区为除边界区之外的其他区域；步骤四、熔覆层强化：强化顺序为先边界区再中间区7，且中间区强化时的覆盖率为边界区的0.5-0.8倍；步骤五、熔覆层继续成形：在强化后的熔覆层顶部继续形成若干熔覆层，层厚0.05-0.3mm；步骤六、重复步骤二、三、四、五直至金属3D打印件成形完成。进一步，所述的EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法所使用的金属粉末的制备方法包括：步骤一、先采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备出亚微米级金属粉末，所得的亚微米级金属粉末的平均粒径为0.1-3微米；步骤二、将步骤一所得的平均粒径为0.1-3微米的亚微米级金属粉末与液体混合、配制成金属粉浆料；上述金属粉浆料的亚微米级金属粉末液体的重量比为0.25-2.0∶1；步骤三、在步骤所得的金属粉浆料中加入亚微米级金属粉末重量0.1-10％的有机粘合剂，搅拌混合均匀；步骤四、将步骤三搅拌混合均匀的浆料通过离心喷雾造粒机或压力喷雾造粒机制备成球形状的、平均粒径为10-50微米的3D打印用的金属粉末。进一步，所述的气体流量传感器包括电路系统、激光光源、玻璃转子流量计、衬底基片、至少一个微加热电阻、至少一个上游微测温电阻、至少一个下游微测温电阻、至少一个环境电阻、、光纤传像束和光敏二极管阵列，衬底基片开设有凹槽，至少一个微加热电阻、至少一个上游微测温电阻、至少一个下游微测温电阻的两端均固定在衬底基片上而悬梁于凹槽上呈悬梁型结构，至少一个上游微测温电阻与至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法，其特征在于，所述的EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的方法包括：步骤一、对干骺端假体部分中上段加密CT扫描，将CTdicom数据导入Mimics软件重建网格模型；步骤二、对网格模型进行表面重建、光顺处理；步骤三、对骨骼三维网格模型应用人工关节设计理念进行后修饰；步骤四、构建表面、设计生成个性化关节假体三维模型，模型内部为一个纵形的倒圆锥形空腔，与股骨柄柄体通过Morse taper锥形嵌合，股骨颈部、肩部及远端柄体采用标准化系列化制造整体；步骤五、通过有限元分析对个性化关节假体在形状上进行调整；步骤六、将植入物的三维模型导入快速成型机，通过EBM RP技术金属3D打印出来。

【技术特征摘要】
1.一种EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套的系统，其特征在于，包括安装架、设于安装架内的打印平台和设于打印平台上方的打印头、惰性气体保护焊接系统、夹持机构、进料机构、物料托板、X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置；打印头连接在XYZ三轴运动装置上，三轴联动定位打印头的三维坐标；打印平台设有驱动打印平台沿Z轴运动的Z轴运动装置，Z轴运动装置包括设置在打印平台两侧的Z轴导向块和Z轴丝杆螺母座，以及设置在安装架两侧的Z轴导向柱、Z轴丝杆和Z轴电机，Z轴导向块套在所述Z轴导向柱上，所述Z轴丝杆螺母座套在所述Z轴丝杆上，所述Z轴电机通过Z轴同步带驱动所述Z轴丝杆；X轴运动装置包括支撑架、X轴电机和X轴滑块，所述支撑架包括顶板和两侧板，两侧板之间设有X轴导杆，所述X轴滑块套在X轴导杆上，所述支撑架两侧设有同步带轮，同步带轮之间设有X轴同步带，所述X轴电机驱动其中一个同步带轮，所述X轴滑块上设有齿条，所述齿条与X轴同步带啮合；Y轴运动装置包括Y轴电机、Y轴丝杆和设于所述支撑架的顶板上的Y轴丝杆螺母，所述Y轴电机直接驱动Y轴丝杆，所述Y轴丝杆螺母套在Y轴丝杆上，所述支撑架的两侧设有Y轴导向块，所述安装架上对应Y轴导向块处设有Y轴导轨，所述Y轴导向块与Y轴导轨配合；打印头包括熔覆喷嘴、强化喷嘴，所述熔覆喷嘴用于喷射粉末，所述强化喷嘴用于喷射喷丸或发射激光，所述熔覆喷嘴设置在中心，所述强化喷嘴设置在熔覆喷嘴外围，所述强化喷嘴包括3-5个喷管，每个喷管通过电气系统控制实现单独喷丸；惰性气体保护焊接系统中的惰性气体产生系统包括产气单元、检测单元、冷却单元以及控制器，所述产气单元包括惰性气体发生炉以及与惰性气体发生炉内部连通的燃粉自动进料单元，所述检测单元包括O2气体分析仪和O2、CO气体分析仪，所述冷却单元包括至少一组冷却器，所述O2气体分析仪的进气端通过第一风机与被保护密闭空间连通，出气端通过管道与惰性气体发生炉进口连通，所述惰性气体发生炉的出口通过管道与冷却器连通，所述冷却器通过第二风机与被保护密闭空间连通，所述O2、CO气体分析仪通过管道与冷却器连通，所述燃粉自动进料单元、O2气体分析仪以及O2、CO气体分析仪分别与控制器连接；在所述第二风机与被保护密闭空间连通的管道上设置有与控制器连接的二位三通电动球阀，控制二位三通电动球阀通过管道与被保护密闭空间或惰性气体发生炉连通，在所述第一风机与O2气体分析仪连通的管道上设置有与控制器连接的气体流量传感器；所述的EBM金属3D打印个性化人体股骨假体袖套系统的使用方法包括：步骤一、对干骺端假体部分中上段加密CT扫描，将CTdicom数据导入Mimics软件重建网格模型；步骤二、对网格模型进行表面重建、光顺处理；步骤三、对骨骼三维网格模型应用人工关节设计理念进行后修饰；步骤四、构建表面、设计生成个性化关节假体三维模型，模型内部为一个纵形的倒圆锥形空腔，与股骨柄柄体通过Morsetaper锥形嵌合，股骨颈部、肩部及远端柄体采用标准化系列化制造整体；步骤五、通过有限元分析对个性化关节假体在形状上进行调整；步骤六、将植入物的三维模型导入快速成型机，通过EBMRP技术金属3D打印出来。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，张云坤，徐南伟，顾勇，童晶，王彩梅，翁益平，杨闻强，
申请(专利权)人：刘宏伟，顾勇，
类型：发明
国别省市：江苏;32