一种人工关节涂层结构制造技术

本实用新型专利技术涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种人工关节涂层结构。其包括呈立体网状结构的涂层本体，所述立体网状结构包括相互连接的多个单位体，所述单位体包括外结点、内结点及网丝，所述网丝为单位体的各个所述外结点与内结点连线，相邻所述单位体的对应面的外结点重合。所述外结点或内结点的位置由经过随机函数运算得出的偏移量确定。本实用新型专利技术的有益效果是；获得的涂层结构具有宏观上结构均匀、微观上具有结构差异性，孔隙率类似真实人体骨骼，强度高、与人体组织融合性好的特点；便于利用激光3D打印形成。

【技术实现步骤摘要】
一种人工关节涂层结构
本技术涉及3D打印
，尤其涉及一种人工关节涂层结构。
技术介绍
目前，在临床上已经广泛采用置换人工关节假体的方式，来治疗肩、髋等关节骨性关节炎、骨折、骨损伤、骨头缺血性坏死等疾病。现有的人工关节假体结构设计多样，而人工关节表面多孔涂层对于假体置换的效果至关重要，其决定了假体与人体组织之间的生物相容性与耐久度问题。目前制造人工关节中的表面多孔涂层采用的技术多为金属微珠烧结、金属细丝编织、等离子喷涂。更先进的技术如化学蒸汽沉积和电弧离子镀低温沉积也被用于制造人工关节的表面涂层。这些技术受限于其制造原理和较低的分辨率，在制造过程中难以精确控制涂层中孔结构的几何形状，难以满足人体骨组织良好得生长进入涂层结构的要求。这直接导致了人工关节植入物与人体本身骨骼的相容性较低，耐久度差，一般来讲每隔十年甚至数年就因为关节植入物的性能下降而需要再次进行对病人身心造成巨大痛苦的人工关节置换手术。因此对于年龄较小的病人，植入物与人体的相容性和长期稳定性尤为重要。近几年发展迅速的激光金属3D打印技术因具有高分辨率和精确控制打印部件结构的特性，可成型极度复杂形状的零件，在工业制造、科学研究和医疗领域得到了越来越广泛的应用。这为人工假体涂层的制造工艺带来了更大的结构设计自由度，使得比较理想的人工假体结构得以实现。然而，3D打印技术极为依赖计算机辅助设计，尤其是在设计多孔结构的计算机算法和打印机数据准备上。因此，如何设计与人体骨组织之间生物相容性与耐久度高的人工关节涂层结构是将激光金属3D打印成功运用于制造高性能人工关节涂层的关键问题。在打印模型生成算法上，算法需要有以下要求：(1)丰富的设置选项来改变最终生成的结构；(2)高度的稳定性保证多次用相同参数生成的结构具有极为相似的物理结构与性能；(3)生成的数据格式可以转换为激光3D打印机的输入格式。
技术实现思路
本技术针对上述现有人工关节多孔涂层制造技术的不足，提供一种能显著提高假体质量的人工关节涂层结构。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种人工关节涂层结构，包括涂层本体，其特征在于，所述涂层本体呈立体网状结构，所述立体网状结构包括结点及连接在相邻结点之间的网丝。本技术的有益效果是：采用立体网状结构可以根据所制作植入物的具体要求，通过灵活的设定网丝粗细以及网丝连接结点之间的距离，能较好的保证植入物具有与真实骨结构相似的微观结构、高孔隙率相比较于传统的骨增长涂层结构能够让骨组织更深的生长进人工涂层从而提供更高的结合强度。同时，不同的参数产生的不同微观结构提供了针对不同个体的定制化可能。在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进。进一步，所述立体网状结构包括相互连接的多个单位体，所述单位体的外轮廓呈六面框结构，所述结点包括外结点和内结点，所述六面框结构8个顶点为所述外结点，在所述六面框内设有一个所述内结点；所述网丝为所述单位体的各个所述外结点与所述内结点连线，相邻所述单位体的对应面的外结点重合。采用上述进一步方案的有益效果是：通过六面框结构的各个外结点在六面框内部连接为一点，即内结点，在保证相对密度低的同时进一步提高了涂层的支撑强度。由于内结点与外结点的连接，使所有的网丝都可以归纳到某个三角形的一个边，因此使本技术的立体网状结构具备了三角形的稳定性即高的支撑强度。进一步，所述内结点的位置由经过随机函数运算得出的偏移量确定。采用上述进一步方案的有益效果是：所述内结点的位置的随机移动，其移动范围在六面框内或外，这样从涂层整体结构讲具有均匀性，而单位体结构具有相对不同性，这样更接近于人体骨骼特点，进而促进了生物相容性。进一步，所述单位体的外轮廓呈平行六面框结构或不平行六面框结构。所述不平行六面框结构由将所述平行六面框结构的一个或多个外结点经过随机函数运算得出偏移量并移动位置后形成。采用上述进一步方案的有益效果是：也可以经过对平行六面框结构结构采用外结点随机移动的方式形成不平行六面框结构。这种结构既保留了整体涂层结构的均匀性，也具有单位体自身形状的相对不同性，与人体骨骼不规整结构的特点更适配，进而促进了生物相容性。进一步，所述平行六面框结构包括正六面框结构。采用上述进一步方案的有益效果是：正六面框结构在构建模型时容易表示，为后期的随机化过程减少计算量。附图说明图1为本技术一种人工关节涂层结构示意图；图2为本技术的平行六面框结构的示意图；图3为图2中外结点经过位置变换后的结构示意图；图4为本技术的带有网丝的单位体结构示意图；图5为图4中经过内结点位置变换后的单位体结构示意图；图6为图5中经过外结点位置变换后的单位体结构示意图；图7为本技术的三维模型S的外接矩形框SBB结构示意图(平面)；图8按本技术的数据模型形成的一个正方体三维模型组织结构示意图；图9为图8的局部放大图。图中，1、三维模型S；2、外接矩形框SBB；3、单位体；3-1、棱线；3-2、网丝；3-3、外结点；3-4、内结点。具体实施方式以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。如图1-图6所示，一种人工关节涂层结构，包括涂层本体，所述涂层本体呈立体网状结构，所述立体网状结构包括结点及连接在相邻结点之间的网丝。所述立体网状结构包括相互连接的多个单位体3，所述单位体3的外轮廓呈六面框结构，所述结点包括外结点3-3和内结点3-4，所述六面框结构8个顶点为所述外结点3-3，在所述六面框内设有一个所述内结点3-4；所述网丝3-2为所述单位体的各个所述外结点3-3与所述内结点3-4连线，相邻所述单位体3的对应面的外结点3-3重合。为便于表达，图中所述六面框结构还画出了棱线(虚线)3-1。其中实线为网丝3-2。如图1所示，可看出所述立体网状结构包括了的如图4所示的多个单位体，其中棱线(虚线)3-1仅是为了表达单位体轮廓。所述内结点3-4的位置由经过随机函数运算得出的偏移量确定。所述单位体3的外轮廓呈平行六面框结构或不平行六面框结构。所述不平行六面框结构由将所述平行六面框结构的一个或多个外结点3-3经过随机函数运算得出偏移量并按偏移量移动位置后形成。当外结点3-3坐标变化时，相应的网丝随之变化，进而形成一个不平行六面框结构。所述平行六面框结构包括正六面框结构。具体随机函数运算时，对偏移百分比给出限定，偏移百分比可取单位体边长的-60％到+60％。即最大偏移量为单位体边长的正负60％，即每个顶点各维度坐标数值的增加或减小为最大为单位体边长的60％。本技术可以通过3D打印手段实施。首先生产3D打印数据模型。如图7所示，用于对本技术的形成过程辅助说明，为了便于理解，其中假设涂层本体为球形，并采用平面图以便于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工关节涂层结构，包括涂层本体，其特征在于，所述涂层本体呈立体网状结构，所述立体网状结构包括结点及连接在相邻结点之间的网丝，所述涂层本体通过3D打印制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种人工关节涂层结构，包括涂层本体，其特征在于，所述涂层本体呈立体网状结构，所述立体网状结构包括结点及连接在相邻结点之间的网丝，所述涂层本体通过3D打印制成。


2.根据权利要求1所述的人工关节涂层结构，其特征在于，所述立体网状结构包括相互连接的多个单位体，所述单位体的外轮廓呈六面框结构，所述结点包括外结点和内结点，所述六面框结构8个顶点为所述外结点，在所述六面框内设有一个所述内结点；所述网丝为所述单位体的各个所述外结点与所述内结点连线，相邻所述单位体的对应面的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹，
申请(专利权)人：江苏双恩智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32