一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法，其中，所述方法包括步骤：利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构；提供过氧化物及超高分子量聚乙烯粉末，将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀，制得复合母料；通过热压将复合母料填入骨架结构的孔洞内，即制得基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬。本发明专利技术解决了现有技术中髋关节内衬容易因为磨损导致关节的周围骨溶解、无菌性松动等人工关节失效的问题。

An artificial acetabular lining based on porous titanium alloy skeleton and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法
本专利技术涉及骨科植入物
，尤其涉及一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法。
技术介绍
随着人类平均寿命的延长，人口老龄化已经是全世界所面临的的挑战之一。老龄人口的迅速增加必然带来骨科关节疾病患者数量的大量上涨，而人工髋关节置换术被认为是治疗终末期骨科关节疾病最佳和最常用的手术方式。人工髋关节的组成包括髋臼组件，股骨头组件，以及股骨柄组件。髋臼组件包括髋臼杯和髋臼内衬，其中，股骨头和髋臼内衬组成了人工关节的活动界面。目前的骨科植入物市场中，一般将金属或陶瓷作为人工股骨头，将聚乙烯作为髋臼内衬。但是，由于手术后人工关节运动导致金属或陶瓷股骨头和聚乙烯内衬不断摩擦，聚乙烯内衬会或多或少的产生磨损颗粒或微粒，从而导致关节的周围骨溶解和无菌性松动等一系列人工关节失效问题。虽然如今的技术条件下，面对人工关节失效问题，髋关节翻修手术可以取得较好的临床效果。但是髋关节翻修手术花费高昂，手术并发症多，给患者带来了巨大的疼痛和经济负担。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法，旨在解决现有髋关节内衬容易因为磨损导致关节的周围骨溶解、无菌性松动等人工关节失效的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，包括步骤：利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构；提供过氧化物及超高分子量聚乙烯粉末，将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀，制得复合母料；通过热压将复合母料填入骨架结构的孔洞内，即制得基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述多孔骨架结构的孔洞的孔径为0.8~0.9mm，孔间距为1~1.2mm。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述过氧化物为过氧化二异丙苯。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，过氧化二异丙苯与超高分子量聚乙烯粉末按1：2的质量比混匀。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，在将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀时还加入抗氧化剂。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述将复合母料填入多孔骨架结构的孔洞内的步骤具体包括：将复合母料经热压填入多孔骨架结构的孔洞内，再去除孔洞外冗余的复合母料，形成用于与股骨头接触的衬面。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述热压的温度为170~180℃、压强为10~12MPa。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，在在利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构的步骤之后，还包括：将所述钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构进行退火及消毒处理。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述退火处理为真空退火热处理，其保护气体为氩气，热处理温度为800-850℃。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述消毒处理为过氧化氢和低温等离子结合处理。所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其中，所述利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构的步骤中，根据目标髋关节内衬的三维CAD模型，利用3D打印机将钛合金粉末进行棋盘式扫描打印，制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构。一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬，其中，采用如上所述的方法制作而成。有益效果：本专利技术先利用钛合金粉末制成髋关节内衬的多孔骨架结构，然后将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末的混合得到的混合母料通过热压方法填入多孔骨架结构的孔洞中，从而形成与股骨头接触的内凹衬面和与髋臼杯接触的外凸衬面，热压作用使得超高分子聚乙烯与过氧化物进行交联，能够让超高分子聚乙烯的蠕变伸长率大大降低，拥有更好的耐磨性，减少了磨屑的产生，同时骨架结构上的布设的孔洞给磨损产生的聚乙烯颗粒、金属微粒、骨水泥颗粒提供了容纳空间，防止进入周围骨组织，引发相关疾病的产生，从而极大的延长髋臼内衬的使用寿命。附图说明图1为本专利技术基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法较佳实施例流程示意图；图2为多孔骨架结构示意图；图3为退火处理工艺曲线图；图4为本专利技术基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬及其制作方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，如图1所示，包括步骤：S1、利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构；S2、提供过氧化物及超高分子量聚乙烯粉末，将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀，制得复合母料；S3、通过热压将复合母料填入多孔骨架结构上的孔洞内，即制得基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬。本专利技术在利用钛合金制备髋关节内衬的骨架结构时，在其上设置好孔洞，即使得所述骨架结构呈海绵状多孔结构，然后将由过氧化物与超高分子量聚乙烯组成的复合母料经过热压的方式填满孔洞，热压作用既可以将超高分子量聚乙烯熔化并压入孔洞中，从而与钛合金制成的骨架结构承接股骨头的内凹面一同组成与股骨头接触的内凹衬面，同时也与制成的骨架结构承接髋臼杯的外凸面一同组成与髋臼杯接触的外凸衬面；而且热压作用可以让超高分子量的聚乙烯与过氧化物进行交联反应，能够让超高分子聚乙烯的蠕变伸长率大大降低，拥有更好的耐磨性，减少了磨屑的产生，同时骨架结构上的布设的孔洞给磨损产生的聚乙烯颗粒、金属微粒、骨水泥颗粒提供了容纳空间，防止进入周围骨组织，引发相关疾病的产生，从而极大的延长髋臼内衬的使用寿命。具体地，所述步骤S1中，根据目标髋关节内衬的三维CAD模型，利用3D打印机将钛合金粉末进行棋盘式扫描打印，显然，所述三维CAD模型中即在目标髋关节内衬上布设了孔洞，这样打印出来的骨架结构的内凹面上即布设了孔洞。优选地，如图2所示，根据目标髋关节内衬的三维CAD模型按十字型结构单元打印成孔洞均匀分布的网状，这样打印后相邻的十字型结构单元之间的空隙即可组成了骨架结构的孔洞。其中，所述孔洞的孔径为0.8~0.9mm（例如为0.88mm），孔间距为1~1.2mm（例如为1.08mm），，以保证该多孔骨架拥有足够的力学性能的同时，又有足够的空间进行后续的热压处理。更具体地，所述步骤S1中，是将设计好的髋关节内衬的三维CAD模型转换为STL文件后导入金属材料专用的选择性激光熔融（SLM）打印机，将钛合金粉末Ti-6Al-4V（TC4）置于打印机中，进行棋盘式扫描打印，制成钛合金髋关节内衬骨架结构。其中，打印过程在氩气等保护气体下进行，打印中设置工艺参数如下：激光速度为1200-1300mm/s，激光功率为300-350W，激光扫描间隙为0.09mm。所述钛合金粉末具体可为Ti-6Al-4V（TC4），其在室温条件下的抗拉强度力学≥440MPa，屈服强度≥230MPa，其延伸率≥5%，而其化学成分如表1所示：表1元素AlVSiFeCNHOTi质量含量（%）6.0240.040.150本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，包括步骤：利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构；提供过氧化物及超高分子量聚乙烯粉末，将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀，制得复合母料；通过热压将复合母料填入骨架结构的孔洞内，即制得基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬。

【技术特征摘要】
1.一种基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，包括步骤：利用钛合金粉末制成钛合金髋关节内衬的多孔骨架结构；提供过氧化物及超高分子量聚乙烯粉末，将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀，制得复合母料；通过热压将复合母料填入骨架结构的孔洞内，即制得基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬。2.根据权利要求1所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，多孔骨架结构的孔洞的孔径为0.8~0.9mm，孔间距为1~1.2mm。3.根据权利要求1所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，所述过氧化物为过氧化二异丙苯。4.根据权利要求3所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，过氧化二异丙苯与超高分子量聚乙烯粉末按1：2的质量比混匀。5.根据权利要求1所述的基于钛合金多孔骨架的人工髋臼内衬的制作方法，其特征在于，在将过氧化物和超高分子量聚乙烯粉末混匀时还加入抗氧化剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，黎晓华，韩向阳，
申请(专利权)人：深圳大学，深圳市华阳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44