一种假体的增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种假体的增材制造方法，以提高人造骨骼技术在力学强度、高仿真性、个性化等方面的性能。该假体的增材制造方法，包括高仿真模具制备工艺、精密加工工艺、注塑成形工艺和精准切割工艺；采用该假体的增材制造方法，针对确定的患者，在特定骨骼医患部位，利用CT扫描技术，获得高仿真数据，设计高仿真注塑模具；通过金属增材制造技术，制备高仿真注塑模具；利用传统工艺，提高注塑模具的加工精度；利用注塑成形工艺，完成高强度PEEK材料注塑件的制备；通过手术导航板精准切割工艺，获得适用于患者的个性化、高强度、高精度人造骨骼；本发明专利技术可明显改善现有人造骨骼制造技术的不足，满足患者的个性化需求，提高患者的生活质量。

A manufacturing method of augmentation of prosthesis

【技术实现步骤摘要】
一种假体的增材制造方法
本专利技术涉及制造领域和医用假体领域，特别涉及一种假体的增材制造方法。
技术介绍
众所周知的：随着现代医学的发展，人造骨骼在医疗领域扮演了重要角色，可部分替代人骨治疗骨折、骨缺损、骨头病变、骨头坏死等一系列与骨骼相关的疾病，为患者的康复和融入正常生活，创造可能。人造骨骼来源主要分为两大类，无机非金属人造骨骼(羟基磷灰石、工程塑料等)和金属合金人造骨骼(钛合金、钴铬合金等)。无机非金属人造骨骼的生物相容性较好，但其力学强度比较差；金属合金骨骼的力学强度高，大大超过骨组织的力学强度,易磨损周边骨组织；此外，它们的共同不足在于仿真度不高，不适合特定个体、特定部位的骨骼的个性化移植。因此，总体来说，现有人造骨骼的制备技术，难以满足患者的个性化医疗需求。增材制造技术(即快速成形或3D打印技术)经过几十年的发展，可实现金属、非金属、陶瓷材料、复合材料以及生物材料等多种材料和结构件的制备。依据加工方式，可分为粉末烧结技术(SLS),粉末熔融技术(SLM),激光近成形技术(LENS)以及挤出熔融技术(FDM)等。因此，结构复杂器件的制备已不是增材制造技术的难点。注塑成形工艺属于传统加工工艺的一种，常用于非金属材料的成形；利用注塑模具，可实现塑胶制品的批量化生产；而且，非金属注塑器件的强度，明显高于现有增材制造所获得的器件的强度。注塑工艺过程主要是将熔融的原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作，制作一定形状的半成品件，包括合模—填充—(气辅，水辅)保压—冷却—开模—脱模等6个阶段。因此，注塑模具的质量(尺寸精度、表面光洁度、气孔和流道的设计等)，决定了注塑件的性能。现阶段注塑模具的加工，还是采用传统的铸造、车、铣、刨、磨、人工加工等，因此，难以制备复杂结构的模具。但是，传统的车、铣、刨、磨、电镀、人工加工等工艺，可提高注塑模具的表面光洁度。虽然已有专利(申请公开号CN108245288A)，利用增材制造的FDM技术，制备桡骨远端肿瘤的3D打印假体。但是，受FDM的技术限制，其假体的强度和表面光洁度不一定能够满足患者的需求。因此，有必要创新现有技术，利用增材制造技术，结合传统的加工工艺，制备高光洁度、复杂结构的骨骼注塑模具，实现高强度高仿真、个性化人造骨骼的制备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种假体的增材制造方法，以提高人造骨骼技术在力学强度、高仿真性、个性化等方面的性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种假体的增材制造方法，包括以下步骤：1)高仿真模具制备工艺；所述高仿真模具制备工艺包括步骤：是利用CT扫描技术，获得病体骨组织高清CT数据，骨组织数据修复,建立完整数据骨组织数字模型；辅助模具流道设计，形成铸造模具图；用增材制造技术，制备骨骼注塑模具；2)精密加工工艺；所述精密加工工艺采用车、铣、刨、磨和电镀中的一种或几种，对骨骼注塑模具内腔的表面进行处理，使得骨骼注塑模具的表面光洁度达到技术需求；3)注塑成形工艺；所述注塑成形工艺利用聚醚醚酮(PEEK)材料及其改性材料，在增材制造制备、精密加工工艺处理的高仿真骨骼模具中，注塑成形；4)精准切割工艺；根据患者骨骼损坏情况，对完整的骨骼假体进行精准切割，获得患者需要的假体部分。在步骤1)中高仿真模具制备工艺包括以下步骤：a、利用CT或MRI获得患者膝关节的高精度三维原始数据，利用逆向工程方法建立骨骼的三维模型；b、根据步骤a获得的骨骼三维模型，选取聚醚醚酮为制造材料，采用增材制造技术、3D打印技术、传统制造或三者结合的方法制造骨骼假体的模具。具体的，所述增材制造技术包括粉末烧结技术(SLS)、粉末熔融技术(SLM)、激光近成形技术(LENS)中的一种或几种。进一步的，所述注塑模具的增材制造材料包括铝合金、钛合金、钴铬合金、不锈钢丝材中一种或几种。进一步的，所述的一种假体的增材制造方法，包括如下步骤：S1、通过对患者骨骼的CT扫描，获取与修复CT数据,建立完整骨骼模型；S2、基于整骨骼模型，结合注塑模具的注塑口，设计适用于增材制造的数字模型；S3、利用金属增材制造技术，制备金属注塑模具；S4、结合多种传统的精加工工艺，对注塑模具的外表面和内腔进行处理，使得注塑模具的尺寸精度和表面光洁度达到技术要求；S5、按照工艺要求，调节注塑工艺参数，把PEEK及其改性材料注入上述模具中；通过注塑成型获得完整的骨骼假体；S6、根据患者骨骼损坏情况，对完整的骨骼假体进行精准切割，获得患者需要的假体部分。进一步的，步骤S5中注塑工艺参数如下：螺杆选择：长径比18:1～24:1螺杆转速：50～150rpm注射压力：5～15MPa保持压力：4～15MPa背部压力：0.2～5MPa注塑温度：后350～380℃，中360～390℃，前370～420℃，喷嘴370～420℃模具温度：150～250℃。进一步的，步骤S5中制备的完整的骨骼假体，其拉伸强度大于90MPa，拉伸弹性模量大于2.6Gpa，弯曲强度大于130MPa，弯曲弹性模量大于3.5Gpa，表面粗糙度Ra:0.001～0.02。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的假体的增材制造方法，是针对确定的患者，在特定骨骼医患部位，利用CT扫描技术，获得高仿真数据，设计高仿真注塑模具；通过金属增材制造技术，制备高仿真注塑模具；利用传统工艺，提高注塑模具的加工精度；利用注塑成形工艺，完成高强度PEEK材料注塑件的制备；通过手术导航板精准切割工艺，获得适用于患者的个性化、高强度、高精度人造骨骼。本专利技术可明显改善现有人造骨骼制造技术的不足，满足患者的个性化需求，提高患者的生活质量。(1)针对特定个体的骨骼患处，制备高仿真人造骨骼，因此，骨骼的外形特征与原有骨骼相似度高；(2)金属增材制造可以快速制备结构辅助的模具，有利于节省模具制备时间；此外，其制备的模具外形仿真度比较高；(3)通过传统加工工艺，可有效降低增材制造器件的表面粗燥度，从而提高注塑模具的光洁度；(4)通过注塑工艺，可以大幅提高PEEK器件的强度和光洁度等技术指标；相比较而言，通过增材制造FDM工艺所制备的PEEK器件，其强度和光洁度等技术指标不能满足手术需求。(5)在材料选择方面，PEEK材料的强度、生物相容性、耐磨性等，与人体的骨骼比较接近，有利于患者早日康复，提高生活质量。附图说明图1是本专利技术实施例中假体的增材制造方法的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术所述的一种假体的增材制造方法，针对确定的患者，在特定骨骼医患部位，利用CT扫描技术，获得高仿真数据，设计高仿真注塑模具；通过金属增材制造技术，制备高仿真注塑模具；利用传统工艺，提高注塑模具的加工精度；利用注塑成形工艺，完成高强度PEEK材料注塑件的制备；通过手术导航板精准切割工艺，获得适用于患者的个性化、高强度、高精度人造骨骼。一种假体的增材制造方法，包括以下步骤：1)高仿真模具制备工艺；所述高仿真模具制备工艺包括步骤：是利用CT扫描技术，获得病体骨组织高清CT数据，骨组织数据修复,建立完整数据骨组织数字模型；辅助模具流道设计，形成铸造模具图；用增材制造技术，制备骨骼注塑模具；2)精密加工工艺；所述精密加工工艺采用车、铣、刨、磨和电镀中的一种或几种，对骨骼注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种假体的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)高仿真模具制备工艺；所述高仿真模具制备工艺包括步骤：是利用CT扫描技术，获得病体骨组织高清CT数据，骨组织数据修复,建立完整数据骨组织数字模型；辅助模具流道设计，形成铸造模具图；用增材制造技术，制备骨骼注塑模具；2)精密加工工艺；所述精密加工工艺采用车、铣、刨、磨和电镀中的一种或几种，对骨骼注塑模具内腔的表面进行处理，使得骨骼注塑模具的表面光洁度达到技术需求；3)注塑成形工艺；所述注塑成形工艺利用聚醚醚酮(PEEK)材料及其改性材料，在增材制造制备、精密加工工艺处理的高仿真骨骼模具中，注塑成形；4)精准切割工艺；根据患者骨骼损坏情况，对完整的骨骼假体进行精准切割，获得患者需要的假体部分。

【技术特征摘要】
1.一种假体的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)高仿真模具制备工艺；所述高仿真模具制备工艺包括步骤：是利用CT扫描技术，获得病体骨组织高清CT数据，骨组织数据修复,建立完整数据骨组织数字模型；辅助模具流道设计，形成铸造模具图；用增材制造技术，制备骨骼注塑模具；2)精密加工工艺；所述精密加工工艺采用车、铣、刨、磨和电镀中的一种或几种，对骨骼注塑模具内腔的表面进行处理，使得骨骼注塑模具的表面光洁度达到技术需求；3)注塑成形工艺；所述注塑成形工艺利用聚醚醚酮(PEEK)材料及其改性材料，在增材制造制备、精密加工工艺处理的高仿真骨骼模具中，注塑成形；4)精准切割工艺；根据患者骨骼损坏情况，对完整的骨骼假体进行精准切割，获得患者需要的假体部分。2.如权利要求1所述的一种假体的增材制造方法，其特征在于：在步骤1)中高仿真模具制备工艺包括以下步骤：a、利用CT或MRI获得患者膝关节的高精度三维原始数据，利用逆向工程方法建立骨骼的三维模型；b、根据步骤a获得的立骨骼的三维模型，选取聚醚醚酮为假体制造材料，采用增材制造技术、3D打印技术、传统制造或三者结合的方法制造骨骼假体的模具。3.如权利要求1所述的一种假体注塑模具的增材制造方法，其特征在于：所述增材制造技术包括粉末烧结技术(SLS)、粉末熔融技术(SLM)、激光近成形技术(LENS)中的一种或几种。4.如权利要求3所述的一种假体注塑模具的增材制造方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：范树迁，黎静，谢海琼，王晗，唐康来，
申请(专利权)人：重庆高新区生物智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50