一种钛合金多孔融合器及其加工方法技术

本发明专利技术公开的一种钛合金多孔融合器，包括实体区和镂空区，实体区包括内壁固接的承载骨架，承载骨架将所述镂空区分为八个空腔，每个空腔内部固接相互连接的多个镂空结构单元，实体区近似椭圆体，与长轴平行的相对的两侧壁上设置有防滑结构，实体区设置有防滑结构的两侧壁中央贯穿开有椭圆形的植骨槽，镂空区的中央设置有血运孔。本发明专利技术还公开了融合器的加工方法。本发明专利技术公开的融合器结构具有良好的整体刚度，并在外表面分布有适于骨长入融合的镂空结构区，孔隙率良好，加工方法充分考虑了3D制造工艺性，使融合器结构可通过激光3D打印技术一次成形，无需添加多余支撑结构，设定的加工参数可保证实体结构与镂空结构的良好成形性及连接性。

A Titanium Alloy Porous Fusion Device and Its Processing Method

The invention discloses a titanium alloy porous fuser, which comprises a solid area and a hollow area. The solid area includes a load-bearing skeleton fixed on the inner wall. The load-bearing skeleton divides the hollow area into eight cavities, and a plurality of hollow structural units fixed and connected in each cavity. The solid area is approximately ellipsoid. Anti-slip structures are arranged on the opposite side walls parallel to the long axis, and the solid area is set up. An oval bone graft groove is penetrated through the center of both sides of the wall with the anti-skid structure, and a blood supply hole is arranged in the center of the hollow area. The invention also discloses the processing method of the fusion device. The fuse structure disclosed by the invention has good overall stiffness, and has a hollow structure area suitable for bone growth and fusion on the outer surface. The porosity is good. The processing method fully considers the 3D manufacturing technology, so that the fuse structure can be formed once by laser 3D printing technology without adding extra support structure. The set processing parameters can ensure the solid structure and the hollow structure. Good formability and connectivity.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金多孔融合器及其加工方法
本专利技术属于医疗设备
，具体涉及一种钛合金多孔融合器，还涉及该融合器的加工方法。
技术介绍
融合器是一种用以手术植入方式治疗椎间盘退变性疾病(如腰椎间盘突出、颈椎病等)的植入体，利用该工具可促进椎间骨融合，根据患者情况及植入部位不同，融合器外部形貌也会有一定差异，目前该方式已成为治疗腰椎相关疾病的主要手段之一。因钛合金具有与人体组织良好的相容性，并且无毒无味，故该类植入体主要选用钛合金加工，目前该类型融合器外轮廓多呈椭圆形或环形，整体多为实体结构，近年来为了实现更好的轻质化，出现了在融合器上打规则孔洞的新型结构。随着3D打印技术的发展，也出现了由网状结构构成的融合器结构以加强植入体与肌体的融合性。由于纯实体结构融合器因质量大，肌体融合性差，已逐渐被开孔类结构取代，但受制于加工工艺的局限性，开孔类融合器多采用均布孔的方式来设计，整体孔隙率低，孔径较大，难以实现良好的组织融合性。大部分融合器设计有网状结构作为组织融合区，但在设计时主要考虑网格结构而忽视了主要起承载作用的实体结构区，导致整个融合器结构整体强度及刚度较差，不利于长期使用。带有网状的融合器设计时往往易于忽略3D打印加工钛合金融合器的工艺性问题，如空间悬空度，导致所设计结构工艺质量难以保证，存在局部结构的坍塌，甚至无法直接加工。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛合金多孔融合器，解决了现有融合器整体强度差，孔隙率低难以实现良好的组织融合性。本专利技术的另一目的是提供一种钛合金多孔融合器的加工方法，解决了现有加工方法容易忽略3D打印加工钛合金的工艺问题，从而造成加工的融合器存在局部坍塌、质量难以保证的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种钛合金多孔融合器，包括融合器本体，融合器本体包括实体区和镂空区，实体区包括内壁固接的承载骨架，承载骨架将镂空区分为八个空腔，每个空腔内部固接相互连接的多个镂空结构单元，实体区近似椭圆体，与长轴平行的相对的两侧壁上设置有防滑结构，实体区设置有防滑结构的两侧壁中央贯穿开有椭圆形的植骨槽，镂空区的中央设置有血运孔。本专利技术的其他特点还在于，实体区与长轴垂直的一端端面中央开有器械孔，端面两侧开有器械槽。器械槽靠近镂空区的一端为圆弧形。防滑结构为实体区两侧壁上沿轴向间隔均匀开设的防滑齿。承载骨架对称安装在实体区另外两侧面，包括首尾依次连接四根主承载筋，四根主承载筋相互连接呈菱形，菱形的一组对角连接在实体区两侧内壁上，菱形的另一组对角中的一个角连接在植骨槽的顶端，另一个角连接三根副承载筋的一端，三根副承载筋的另一端分别连接在实体区的内壁；未连接副承载筋的两根主承载筋上分别连接一支撑筋，两根支撑筋的另一端固接在一起。每个镂空结构单元为八个连杆连接形成九个节点的空间单元，每个空间单元的外包络体呈正六面体，连杆横截面为圆形，直径为0.15mm～0.5mm，镂空结构单元孔隙率为60％～85％。本专利技术的另一技术方案是，一种钛合金多孔融合器的加工方法，，具体过程包括如下步骤：步骤1，在CAD工具中将该融合器结构设计完成，将实体区的结构转换为STL数据格式，将镂空区结构转换为graph数据格式；步骤2，将步骤1得到的数据模型导入商用剖分软件之中进行剖分切片处理，生成两个独立的剖分程序，直接将剖分程序导入激光金属3D打印机前处理软件之中；步骤3，制定激光选区熔化加工过程的成形工艺，设定激光选区熔化参数进，以钛合金粉末为原材料，得到一次成形的多孔融合器。步骤3中钛合金粉末的粒度为10um～60um。步骤3中激光选取熔化加工参数如下：对于实体区，激光功率：230kW～380kW，扫描速度：900mm/s～1350mm/s，层厚：0.03mm～0.06mm，搭接率30％～60％；对于镂空区：激光功率：180kW～260kW，扫描速度：1000mm/s～1200mm/s，层厚：0.03mm～0.06mm，搭接率40％～50％。本专利技术的有益效果是，一种钛合金多孔融合器解决了现有融合器整体强度差，孔隙率低难以实现良好的组织融合性。该融合器结构具有良好的整体刚度，并在外表面分布有适于骨长入融合的镂空结构区，孔隙率良好。本专利技术的加工方法充分考虑了3D制造工艺性，使融合器结构可通过激光3D打印技术一次成形，无需添加多余支撑结构，设定的加工参数可保证实体结构与镂空结构的良好成形性及连接性。附图说明图1是本专利技术的一种钛合金多孔融合器的整体框架结构示意图；图2是本专利技术的一种钛合金多孔融合器的实体区结构示意图；图3是本专利技术的一种钛合金多孔融合器的承载骨架结构示意图；图4是本专利技术的一种钛合金多孔融合器的镂空单元结构示意图。图中，1.实体区，2.镂空区，3.承载骨架，4.血运孔；1-1.植骨槽，1-2.器械孔，1-3.器械槽，1-4.显影针孔，1-5.防滑齿；3-1.主承载筋，3-2副承载筋，3-3.支撑筋。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的一种钛合金多孔融合器，如图1和图2所示，包括融合器本体，融合器本体包括实体区1和镂空区2，实体区1包括内壁固接的承载骨架3，承载骨架3将镂空区2分为八个空腔，每个空腔内部固接相互连接的多个镂空结构单元，实体区1近似椭圆体，与长轴平行的相对的两侧壁上设置有防滑结构，实体区1设置有防滑结构的两侧壁中央贯穿开有椭圆形的植骨槽1-1，镂空区2的中央设置有血运孔4。实体区1与长轴垂直的一端端面中央开有器械孔1-2，端面两侧开有器械槽1-3。器械槽1-3靠近镂空区2的一端为圆弧形。实体区1与长轴垂直的另一端端面向内逐渐收缩通过导圆边光滑过渡，且端面开设有显影针孔1-4。防滑结构为实体区1两侧壁上沿轴向间隔均匀开设的防滑齿1-5。如图3所示，承载骨架3对称安装在实体区1另外两侧面，包括首尾依次连接四根主承载筋3-1，四根主承载筋3-1相互连接呈菱形，菱形的一组对角连接在实体区1两侧内壁上，菱形的另一组对角中的一个角连接在植骨槽1-1的顶端，另一个角连接三根副承载筋3-2的一端，三根副承载筋3-2的另一端分别连接在实体区1的内壁；未连接副承载筋3-2的两根主承载筋3-1上分别连接一支撑筋3-3，两根支撑筋3-3的另一端固接在一起。镂空区在相应表面的面积占比约80％，如图4所示，每个镂空结构单元为八个连杆连接形成九个节点的空间单元，每个空间单元的外包络体呈正六面体，连杆横截面为圆形，直径为0.15mm～0.5mm，镂空结构单元孔隙率为60～85％。本专利技术的一种钛合金多孔融合器包括实体区1和镂空区2；实体区1构成整个融合器的主体结构，实体区1外轮廓呈近似椭圆体，实体区1内部主要分布有承载骨架3，承载骨架3主要由9条不同宽度的骨架状筋条相互连接组成，骨架与实体区1相连接，不同骨架及骨架与外轮廓蒙皮之间构成8块空腔区域，所有骨架与融合器Z轴夹角均小于45°，在3D打印制造过程中，该角度可保证良好的产品成形质量，避免添加支撑结构。本专利技术的一种钛合金多孔融合器的加工方法，具体过程包括如下步骤：步骤1，在CAD工具中将该融合器结构设计完成，将实体区1的结构转换为STL数据格式，将镂空区2结构转换为graph数据格式，这样可保证内部镂空区域数据量尽可能的小，降低计算机硬件要求。步骤2，将步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金多孔融合器，其特征在于，包括融合器本体，所述融合器本体包括实体区(1)和镂空区(2)，所述实体区(1)包括内壁固接的承载骨架(3)，所述承载骨架(3)将所述镂空区(2)分为八个空腔，每个所述空腔内部固接相互连接的多个镂空结构单元，所述实体区(1)近似椭圆体，与长轴平行的相对的两侧壁上设置有防滑结构，所述实体区(1)设置有防滑结构的两侧壁中央贯穿开有椭圆形的植骨槽(1‑1)，所述镂空区(2)的中央设置有血运孔(4)。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金多孔融合器，其特征在于，包括融合器本体，所述融合器本体包括实体区(1)和镂空区(2)，所述实体区(1)包括内壁固接的承载骨架(3)，所述承载骨架(3)将所述镂空区(2)分为八个空腔，每个所述空腔内部固接相互连接的多个镂空结构单元，所述实体区(1)近似椭圆体，与长轴平行的相对的两侧壁上设置有防滑结构，所述实体区(1)设置有防滑结构的两侧壁中央贯穿开有椭圆形的植骨槽(1-1)，所述镂空区(2)的中央设置有血运孔(4)。2.如权利要求1所述的一种钛合金多孔融合器，其特征在于，所述实体区(1)与长轴垂直的一端端面中央开有器械孔(1-2)，端面两侧开有器械槽(1-3)。3.如权利要求2所述的一种钛合金多孔融合器，其特征在于，所述器械槽(1-3)靠近所述镂空区(2)的一端为圆弧形。4.如权利要求1所述的一种钛合金多孔融合器，其特征在于，所述防滑结构为所述实体区(1)两侧壁上沿轴向间隔均匀开设的防滑齿(1-5)。5.如权利要求1所述的一种钛合金多孔融合器，其特征在于，所述承载骨架(3)对称安装在所述实体区(1)另外两侧面，包括首尾依次连接四根主承载筋(3-1)，四根所述主承载筋(3-1)相互连接呈菱形，菱形的一组对角连接在所述实体区(1)两侧内壁上，菱形的另一组对角中的一个角连接在所述植骨槽(1-1)的顶端，另一个角连接三根副承载筋(3-2)的一端，三根所述副承载筋(3-2)的另一端分别连接在所述实体区(1)的内壁；未连接所述副承载筋(3-2)的两根所述主承载筋(3-1)上分别连接一支撑筋(3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳骏，赵晓明，李晓敏，薛蕾，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61