增材制造的医疗植入物、用于形成其的方法和用于形成其的锆合金粉末技术

本公开提供了一种锆粉末颗粒，其包含具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的纯锆粉末颗粒和/或具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的锆合金粉末颗粒。在一些实施方案中，所述锆粉末颗粒可为球形颗粒，所述锆粉末颗粒的直径可在5微米至125微米的范围内，并且/或者所述锆粉末颗粒可具有直径在25至70微米的范围内的中值粒度。本公开还提供了通过包括以下的过程产生医疗植入物或医疗植入物部件的方法：向这样的锆粉末颗粒选择性地施加能量以构建医疗植入物或医疗植入物部件。在一些实施方案中，方法包括反复地形成锆粉末颗粒的层和用能量源照射锆粉末颗粒的层。层和用能量源照射锆粉末颗粒的层。层和用能量源照射锆粉末颗粒的层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造的医疗植入物、用于形成其的方法和用于形成其的锆合金粉末
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请为2020年4月24日提交的标题为“Methods for Additive Manufacturing of Zirconium Alloys and a Zirconium Alloy Powder”的待决美国临时专利申请号63/014,830的非临时申请，并要求享有其提交日的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及医疗植入物，包括骨科植入物。更特别地，本公开涉及增材制造的医疗植入物、用于形成医疗植入物的增材制造方法和用于形成医疗植入物的锆合金粉末颗粒。

技术介绍

[0004]增材制造技术包括本领域已知的那些，如固体自由形成制造(SFF)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属制造(DMF)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)和选择性激光熔化(SLM)等。增材制造方法允许由粉末一次一层地构造三维结构，该粉末通过用能量源如激光或电子束照射粉末层而固化。
[0005]目前，医疗设备中增材制造技术的主要焦点在于钛、钴和不锈钢合金。这些技术的关键要求之一在于材料粉末尺寸。典型的中值粉末尺寸为直径25
‑
70微米并且形状为球形。较小的尺寸将确保局部熔化(更好的特征分辨率)而球形形状将确保在构建每一层时材料的平滑流动。由于钛、锆及其合金的反应性，故期望产生稳定且在存在少量氧气的情况下暴露于能量源时不会燃烧或爆炸的粉末。虽然已经对钛实现了这一点，但对锆很难做到，因为锆比钛的反应性要强得多。另一个电子束加工特有的挑战在于构建过程中粉末的“结块”。因为电子束加工在增材制造过程期间使用升高的温度，所以粉末颗粒往往会在实际产品周围熔合形成“块状物”。这种结块的粉末需要在该过程完成后去除并过筛以便粉末再利用。
[0006]本公开的提供正是考虑到这一点。

技术实现思路

[0007]提供本
技术实现思路
以用简化形式介绍一系列构思，这些构思将在下面的具体实施方式部分中进一步描述。此
技术实现思路
并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0008]本公开提供了已以受控方式氧化的锆粉末颗粒。这可在锆粉末颗粒的制造期间或在产生锆粉末颗粒之后实现。这种受控氧化将在表面上形成少但显著的量的氧化物并因此将防止在运输和在增材制造中使用期间从粉末进一步吸收氧。由于氧化物相对较薄，故在增材制造过程期间，粉末的整体加热和熔化不应受到显著影响。表面上的氧化物还会降低可燃性并防止结块，结块主要是由于电子束增材制造加工中的高温导致表面粘结。在这点上，虽然先前用于增材制造中的锆粉末颗粒具有天然氧化物包覆层，但该包覆层非常薄(小
于50埃(0.005微米))，因此对材料的各种性质(包括可燃性和结块)的影响极小。
[0009]在一些实施方案中，本公开提供了氧化的锆粉末颗粒，其包含(a)具有氧化物层的纯锆粉末颗粒，所述氧化物层的厚度在0.05至5微米的范围内，例如，厚度在0.05至0.1至0.25至0.5至1至2.5至5微米的范围内(即，在前述值中的任何两个之间)，更通常厚度为0.05至1微米，和/或(b)具有氧化物层的锆合金粉末颗粒，所述氧化物层的厚度在0.05至5微米的范围内，例如，厚度在0.05至0.1至0.25至0.5至1至2.5至5微米的范围内，更通常厚度为0.05至1微米。
[0010]在一些实施方案中，氧化的锆粉末颗粒为球形颗粒。
[0011]在一些实施方案中，至少95重量％、更通常至少99重量％的氧化的锆粉末颗粒的直径在5微米至125微米之间，更通常在25至125微米之间。
[0012]在一些实施方案中，氧化的锆粉末颗粒具有在25至70微米之间的中值粒度。
[0013]在一些实施方案中，氧化的锆粉末颗粒，如上文描述的那些，可通过等离子体旋转电极工艺形成，其中在等离子体室中引入受控的量的氧气而不是惰性气氛。
[0014]在一些实施方案中，氧化的锆粉末颗粒，如上文描述的那些，可在先前产生的纯锆粉末颗粒或先前产生的锆合金粉末颗粒上形成，例如通过采用氧化过程如升高的温度下的空气氧化、蒸汽氧化、水氧化或盐浴中的氧化。
[0015]在一些实施方案中，本公开提供了一种通过包括以下的过程产生医疗植入物或医疗植入物部件的方法：向包含根据上述实施方案中的任一项的氧化的锆粉末颗粒的锆粉末选择性地施加能量，从而构建医疗植入物或医疗植入物部件。
[0016]在一些实施方案中，锆粉末还包含未氧化的锆粉末颗粒，其包含(a)未氧化的纯锆粉末颗粒和/或(b)未氧化的锆合金粉末颗粒。
[0017]在一些实施方案中，未氧化的锆粉末颗粒具有与氧化的锆粉末颗粒的中值粒度相同或更大的中值粒度。在这些实施方案中的一些中，未氧化的锆粉末颗粒可具有在1至5倍(例如，1至2至3至4至5倍)于氧化的锆粉末颗粒的中值粒度的范围内的中值粒度。
[0018]在一些实施方案中，氧化的锆粉末颗粒与未氧化的锆粉末颗粒的重量比可在0.5:1至2:1的范围内。
[0019]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，医疗植入物或医疗植入物部件通过一次一层地在预选区域中分配和照射锆粉末颗粒而以逐层的方式产生。
[0020]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，产生医疗植入物或医疗植入物部件的方法包括反复地形成锆粉末的层并用能量源照射锆粉末的层以熔化、熔合和/或烧结锆粉末颗粒直至形成医疗植入物或医疗植入物部件。
[0021]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，通过用激光束或电子束照射预定区域中的锆粉末来向锆粉末施加能量。
[0022]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，在第一层粉末颗粒上方在第一方向上扫描激光束或电子束，其后在第一层上方提供再一层金属粉末颗粒，并在所述再一层金属粉末颗粒上方在横向于所述第一方向的第二方向上扫描激光束或电子束。
[0023]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，在真空中并在500℉至1300℉的范围内的温度下向锆粉末施加能量。
[0024]在可与上述实施方案中的任一个结合使用的一些实施方案中，方法还包括氧化医疗植入物或医疗植入物部件的至少一个表面，该表面形成为形成陶瓷表面。例如，可形成包含氧化物和扩散硬化区的陶瓷表面。这样的表面可充当医疗植入物(包括骨科植入物)的铰接表面上的耐磨表面。
[0025]在一些实施方案中，本公开涉及由根据上述实施方案中的任一个的方法形成的医疗植入物或医疗植入物部件。
[0026]在一些实施方案中，医疗植入物或医疗植入物部件是基本上无孔的。
[0027]在一些实施方案中，医疗植入物或医疗植入物部件具有一个或多个基本上无孔的区域和一个或多个基本上多孔的区域。
[0028]在一些实施方案中，医疗植入物或医疗植入物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过包括以下的过程产生医疗植入物或医疗植入物部件的方法：向锆粉末颗粒选择性地施加能量以构建所述医疗植入物或所述医疗植入物部件，其中所述锆粉末颗粒包含具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的纯锆粉末颗粒和/或具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的锆合金粉末颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述锆粉末颗粒为球形颗粒。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，其中至少95重量％的所述锆粉末颗粒的直径在5微米至125微米的范围内并且/或者其中所述锆粉末颗粒具有直径在25至70微米的范围内的中值粒度。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中所述锆粉末颗粒还包含未氧化的纯锆粉末颗粒和/或未氧化的锆合金粉末颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其中(a)所述具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的纯锆粉末颗粒和/或所述具有厚度在0.05至5微米的范围内的氧化物层的锆合金粉末颗粒与(b)所述未氧化的纯锆粉末颗粒和/或所述未氧化的锆合金粉末颗粒的(a):(b)重量比在0.5:1至2:1的范围内。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述医疗植入物或医疗植入物部件通过一次一层地在预选区域中分配和照射所述锆粉末颗粒而以逐层的方式产生。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中所述方法包括反复地形成锆粉末颗粒的层并且用能量源照射所述锆粉末颗粒的层以熔化、熔合和/或烧结所述锆...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：史密夫和内修整形外科股份公司新加坡施乐辉亚太有限公司，
类型：发明
国别省市：