螺杆元件及其增材制造方法技术

一种螺杆元件

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺杆元件及其增材制造方法

技术介绍

[0001]现有技术中已知各种骨接合装置，如用于固定骨骼或骨碎片的螺钉元件，此类骨螺钉通常由数控铣床和数控车床制造
。
为了特殊的骨螺纹几何形状，特别是不同直径的螺钉元件，需要准备特殊的螺纹板，这将导致更长的交货时间以及更高的成本
。
对此，三维打印提供了一个可能的替代方案，因为所有几何形状都可以在没有特殊工具的情况下生产，因此无需等待特殊工具，几何形状设计的灵活性也大大提高
。
此外，三维打印可同时生产
100
多个螺杆元件，因此与传统的数控制造工艺相比，成本优势明显
。
[0002]然而，三维打印制造工艺的一个主要劣势是打印件的表面具有天然的表面粗糙度，虽然这对骨细胞的生长是最佳的，但这也形成了许多微缺口，这些微缺口对打印件的疲劳强度有负面影响
。
此外，三维打印件具有明显的脆性材料特性，为此提出了不同的热处理方法来抵消这种材料特性
。
[0003]植入体的最新技术表明，椎间盘置换植入体
(
骨笼
)
可采用三维打印工艺批量生产，因为打印的几何形状机械尺寸过大，尽管存在微小缺口，但仍能达到疲劳强度的最低标准，因此可以认为这些三维打印的骨笼植入体在临床上是安全的
。
然而，如果使用三维打印技术制造骨螺钉，则必须对其疲劳强度提出更高的要求，因为骨螺钉持续和反复地承受着高弯曲载荷
。
因此，适当的工艺步骤必须严格按照规定的顺序进行，这样才能一方面使材料不发生脆性反应，另一方面能去除微小缺口
。
目前的技术水平缺乏有关通过三维打印生产骨螺钉的信息，特别是有关一般生产，后处理，尤其是后处理步骤的顺序，从而能达到临床安全的疲劳强度
。

技术实现思路

[0004]在此本专利技术为解决上述问题提出了一种螺杆元件及其制造方法
。
[0005]生产中将使用一种增材制造方法，金属合金的增材制造，或者也称为三维打印，采用激光或电子束熔化工艺
。
所有已知并可作为骨科植入材料的金属合金均可作为材料，例如，钛合金
、
钴铬合金和不锈钢合金等等，优选为使用钛合金
Ti6Al4V。
对于三维印刷，可使用具有确定颗粒尺寸的原材料颗粒或粉末
。
在生产过程中，颗粒尺寸可用于确定部件精度和层间距
。
[0006]三维打印设备制造商建议在三维打印构建空间中倾斜放置产品，以便在表面质量和精度方面获得最佳结果
。
在构建空间中的斜置要求本专利技术的螺杆元件
(1)
必须在三维打印中斜向构建，并且必须提供多个侧向的悬臂元件或支撑元件，以达到最佳打印效果
。
虽然这样做的结果质量最好，但成本效率低
。
一方面，可打印空间内的螺杆元件数量明显减少，另一方面，横向连接的悬臂元件只能手动拆卸，因此在批量生产时成本效率较低
。
这意味着在批量生产中，最好的打印效果会被相应的低成本所抵消
。
[0007]为了有效利用构建空间，同时最大限度地增加螺杆元件
(1)
的制造数量，螺杆元件
(1)
最好能够直立制造
。
然而，这在可生成的特征和可打印的精确度方面带来了限制
。
为了使螺杆元件
(1)
能够直立且经济地打印，必须注意和规定各种几何特征
。
[0008]本专利技术的螺钉元件
(1)
为空间定义了坐标基准，例如沿中心轴
(103)
延伸的近端方向
(101)
和远端方向
(102)
，从中心轴
(103)
向外延伸，定义了径向
(104)
延伸
(
参阅图1和图
2)。
本专利技术的螺钉元件
(1)
用于固定骨头部位和骨头碎片，包括具有骨螺纹
(12)
的轴
(11)
，以及沿所述轴
(11)
延伸的纵向中心轴
(103)
，所述螺杆元件
(1)
还包括头部
(10)
和颈部区域
(20)
，以及设置在所述头部
(10)
内的工具连接部
(90)(
参阅图
4)。
[0009]在一个优选的实施例中，至少有三个悬臂元件
(13)
连接到头部近端
(10,109)
，这些悬臂元件
(13)
沿近端方向
(101)
延伸至所述头部近端
(10,109)
之外
。
因此，它们主要沿所述纵向中心轴
(103)
设置
。
优选地，所述悬臂元件
(13)
与头部近端
(10,109)
是一体连接
。
所述悬臂元件
(13)
可以是任意形状和几何图形
。
例如，它们可能由板状
、
线状
、
梁状或柱状元件中的一种或多种组合而成
。
在这种情况下，悬臂元件至少可以在一定程度上增加螺杆元件的径向间距
。
悬臂元件可以进一步相互连接，形成悬臂元件的组合体
。
进一步地，一个或多个形成环状或多边形状的设置也是可行的
。
悬臂元件的任务是在三维打印过程中将螺杆元件
(1)
与三维打印机的底板分隔开，并同时支撑它
。
优选地，当悬臂元件
(13)
的自由端
(17)
共同描述了一个平面
(108)
，螺杆元件
(1)
在增材制造过程中可以借助该平面
(108)
保持稳定以防止倾斜
。
本专利技术的螺杆元件
(1)
，为三维打印定义了一个构建方向，该方向与中心轴
(103)
的方向大致对应，并从近端方向
(101)
往远端方向
(102)
构建，构建方向
(105)
与平面
(108)
的表面法线相对应
。
只有在上述这些特征进行组合的情况下，直立制造才是可能的
。
[0010]为了避免头部区域
(10)
的整个外表面都必须配备悬臂元件
(13)
，优选地，工具连接部
(90)
在近端方向
(101)
上是开放的，并以一个同心锥形凹槽
(94)
结束，所述凹槽
(94)
具有近似直角的圆锥角
。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.
一种螺杆元件
(1)
，用于固定骨头部位和骨头碎片，包括具有骨螺纹
(12)
的轴
(11)
，以及沿所述轴
(11)
延伸的纵向中心轴
(103)
，从而定义远端方向
(102)
和近端方向
(101)
；所述螺杆元件
(1)
还包括头部
(10)
和颈部区域
(20)
，以及设置在所述头部
(10)
内的工具连接部
(90)
；其特征在于，至少三个悬臂元件
(13)
与头部近端
(10,109)
连接，所述悬臂元件
(13)
沿所述近端方向
(101)
延伸至所述头部近端
(10,109)
之外，且所述悬臂元件
(13)
主要沿所述纵向中心轴
(103)
设置
。2.
根据前述权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，多个所述悬臂元件
(13)
的自由端
(17)
共同构成了一个平面
(108)。3.
根据前述权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述螺杆元件
(1)
的在三维打印中的构建方向
(105)
被定义为近似对应所述纵向中心轴
(103)
的方向，且从所述近端方向
(101)
往所述远端方向
(102)
进行构建，所述构建方向
(105)
与所述平面
(108)
的表面法线相对应
。4.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述螺杆元件
(1)
的所述外部螺纹
(12)
具有至少一个背离所述平面
(108)
的螺纹表面
(122)
，以及至少一个面朝所述平面
(108)
的螺纹表面
(121)
，且所述螺纹表面
(121)
的粗糙度比所述螺纹表面
(122)
的粗糙度大
。5.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述工具连接部
(90)
在远端方向
(102)
上以底壁
(93)
为边界，在朝逐渐远端方向
(102)
上，所述底壁
(93)
呈从径向外侧朝径向内侧延伸的锥面状，所述底壁
(93)
的锥面角呈近似直角
。6.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述工具连接部
(90)
在近端方向
(101)
上是开放的，开放处是一个同心锥形凹槽
(94)
，所述凹槽
(94)
具有近似直角的锥面角
。7.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述头部区域
(10)
至少部分地包括球状部分或椭球状部分，用于提供与夹头
(2)
的多轴可转动连接，所述夹头
(2)
在侧视图中呈
u
形
。8.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述外螺纹
(12)
可以分为与颈部区域
(20)
相邻并沿远端方向
(102)
延伸的近端螺纹区域
(30)
，与所述近端螺纹区域
(30)
相邻的远端螺纹区域
(50)
，与所述远端螺纹区域
(50)
相邻的远端尖端区域
(60)
，所述远端螺纹区域
(50)
与所述近端螺纹区域
(30)
在过渡区
(40)
内合并，所述近端螺纹区域
(30)
形成至少一段附加螺纹
(31,32)
，所述附加螺纹
(31,32)
在过渡区
(40)
内形成至少一个切削边
(41)。9.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)
，其特征在于，所述远端尖端区域
(60)
形成至少一个切削边
(61)。10.
根据前述任一权利要求所述的螺杆元件
(1)

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗克，
申请(专利权)人：米美欧医疗有限公司，
类型：发明
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