基于金屬粉末激光燒結(jié)3d成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顱骨修復(fù)假體的制備方法，具體地說(shuō)是一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，顱骨修復(fù)患者分為先天性和后天性兩種。先天性患者是因?yàn)槌錾鷷r(shí)伴有不正常顱骨生長(zhǎng)，導(dǎo)致后來(lái)顱骨發(fā)生嚴(yán)重畸形，必須進(jìn)行外科手術(shù)引導(dǎo)顱骨的正常生長(zhǎng)。后天性顱骨修復(fù)患者是指后天形成的顱骨缺損，這類患者所占比例很大，且數(shù)量逐年?duì)幎?。眾所周知，?zhàn)爭(zhēng)、車禍、重物打擊等，都會(huì)造成顱骨缺失；另一方面，腦腫瘤的發(fā)病率也呈上升趨勢(shì)，腦部手術(shù)后伴隨而來(lái)的就是顱骨修補(bǔ)。因此，就該研宄成果的應(yīng)用上，存在著巨大的潛在用戶，市場(chǎng)應(yīng)用的前景廣泛。
[0003]在制造工藝上，國(guó)內(nèi)主要有四種方法:手工塑形、失蠟鑄造、模具壓制和多點(diǎn)成型技術(shù)。手工塑形法對(duì)臨床醫(yī)生的手工水平要求較高，鈦合金不易成型，塑形困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，增加了手術(shù)時(shí)間。塑形時(shí)易產(chǎn)生翹曲和褶皺，導(dǎo)致修復(fù)假體與缺損部位吻合性較差。這些缺點(diǎn)都是手工塑性法難以克服的缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了修復(fù)效果。
[0004]鑄造和模具壓制在修復(fù)假體質(zhì)量上有所提高，但制造周期長(zhǎng)、成本高、柔性差，以目前的制備手段很難保證一次性手術(shù)完成清創(chuàng)和修補(bǔ)。而壓痕、起皺、回彈和邊緣翹曲是多點(diǎn)成型中特有的成型缺陷，壓痕和起皺影響顱骨修復(fù)體的外形美觀，回彈會(huì)使修復(fù)體尺寸與顱骨缺損部位尺寸不吻合，導(dǎo)致修復(fù)體塌陷或固定松動(dòng)。邊緣翹曲會(huì)使修復(fù)體與顱骨缺損部位不能良好貼合，影響修復(fù)質(zhì)量。
[0005]顱骨修復(fù)技術(shù)，不僅關(guān)系到廣大顱骨缺失患者健康和美觀，而且嚴(yán)重影響患者今后的生活質(zhì)量，因此對(duì)顱骨修復(fù)體制備技術(shù)的研宄具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)上述提出的顱骨假體制備中出現(xiàn)的塑形困難，塑形時(shí)易產(chǎn)生翹曲、褶皺、壓痕等技術(shù)問(wèn)題，而提供一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法。本發(fā)明主要利用3D成型技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)異性顱骨修復(fù)假體的快速成型，從而克服了以往加工方法中對(duì)薄壁假體加工困難的缺陷，達(dá)到節(jié)省材料，提高了修復(fù)假體的表面精度的效果。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0008]一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0009]S1、利用影像學(xué)技術(shù)對(duì)顱骨修復(fù)患者進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向反求重構(gòu)顱骨缺失部分的模型；
[0010]S2、對(duì)上述的重構(gòu)顱骨缺失部分的模型進(jìn)行三維建模；
[0011]S3、對(duì)上述三維建模生成的顱骨修復(fù)假體模型進(jìn)行預(yù)處理:
[0012]采用顱骨修復(fù)假體凸面為支撐添加面，采用尖端式線性支撐用于支撐所述顱骨修復(fù)假體凸面，將所述顱骨修復(fù)假體凸面傾斜到預(yù)設(shè)角度準(zhǔn)備進(jìn)行3D成型；
[0013]S4、將處理后顱骨修復(fù)假體模型導(dǎo)入3D成型設(shè)備中，材料選用鈦合金，采用激光粉末燒結(jié)3D成型技術(shù)，層層掃描，直至成型完成；
[0014]S5、將加工完成的顱骨修復(fù)假體和加工平臺(tái)一并取出，使用線切割將顱骨修復(fù)假體連同支撐從加工平臺(tái)上取下；
[0015]S6、利用線切割將粘和在顱骨修復(fù)假體上的支撐切下，用噴砂機(jī)打磨顱骨修復(fù)假體凸面及其邊緣，最后手工打磨，直至顱骨修復(fù)假體表面達(dá)到技術(shù)要求。
[0016]值得注意的是，上述的對(duì)三維建模生成的顱骨修復(fù)假體模型進(jìn)行預(yù)處理實(shí)質(zhì)包括成型角度的選取和添加支撐兩方面的內(nèi)容。
[0017]成型角度的選取:顱骨修復(fù)假體是一種薄壁類零件，在加工時(shí)，平放和完全豎立兩種角度的成型效果都會(huì)出現(xiàn)下垂、變形等缺陷，甚至?xí)?dǎo)致成型的失敗。顱骨修復(fù)假體凹面和人腦直接接觸，精度要求較高，故本發(fā)明采用顱骨修復(fù)假體凸面傾斜一定角度成型；
[0018]添加支撐:添加支撐的目的是防止被成型件在成型過(guò)程中因材料固化不及時(shí)而造成薄壁假體變形，因此采用尖端式線性支撐，既節(jié)省材料有易于剔除，又大大減少了支撐對(duì)顱骨修復(fù)假體表面精度的影響。
[0019]進(jìn)一步地，每個(gè)所述支撐設(shè)置在所述顱骨修復(fù)假體凸面的層斷面的最低點(diǎn)處，是指在成型預(yù)處理階段，通過(guò)對(duì)顱骨修復(fù)假體的分析及成型特點(diǎn)等因素，將顱骨修復(fù)假體的每層層斷面的最低點(diǎn)處設(shè)置支撐，這樣可以防止在成型過(guò)程中出現(xiàn)懸空現(xiàn)象的發(fā)生。
[0020]進(jìn)一步地，所述三維建模采用Pro/e軟件。
[0021]進(jìn)一步地，所述顱骨修復(fù)假體凸面傾斜的預(yù)設(shè)角度在35° -55°。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0023]本發(fā)明是一種自下而上型增材加工方法，可實(shí)現(xiàn)顱骨修復(fù)假體的快速成型，并且不易受顱骨修復(fù)假體形狀、薄厚程度等的限制。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:利用3D成型技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)異性顱骨修復(fù)假體的快速成型，克服了以往加工方法中對(duì)薄壁假體加工困難的缺陷；針對(duì)顱骨修復(fù)假體表面精度要求高的特定，提出采用特有的尖端式線性支撐形式，既節(jié)省了材料也保證了修復(fù)假體的表面精度；通過(guò)不同工藝角度方式的對(duì)比，最終確定顱骨修復(fù)假體凸面傾斜的最佳預(yù)設(shè)角度在35° -55°。本發(fā)明的方法還可同時(shí)成型十個(gè)或者更多不同規(guī)格的鈦合金顱骨修復(fù)假體，為顱骨缺失者的臨床手術(shù)節(jié)省了寶貴的時(shí)間。
[0024]基于上述理由本發(fā)明可在顱骨修復(fù)假體技術(shù)領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026]圖1是本發(fā)明顱骨修復(fù)假體支撐示意圖。
[0027]圖2是圖1的后視圖。
[0028]圖3是本發(fā)明采用多件成型時(shí)的布置示意圖。
[0029]圖4是圖3的俯視圖。
[0030]圖5是本發(fā)明的加工過(guò)程示意圖。
[0031]圖中:1、顱骨修復(fù)假體2、顱骨修復(fù)假體凹面3、顱骨修復(fù)假體凸面4、支撐5、加工平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1，圖2所示，一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，包括如下步驟:
[0033]S1、利用影像學(xué)技術(shù)對(duì)顱骨修復(fù)患者進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向反求重構(gòu)顱骨缺失部分的模型；影像學(xué)技術(shù)包括CT、DR等成像技術(shù)。
[0034]S2、利用Pro/e軟件對(duì)上述的重構(gòu)顱骨缺失部分的模型進(jìn)行三維建模；
[0035]S3、對(duì)上述三維建模生成的顱骨修復(fù)假體I模型進(jìn)行預(yù)處理:
[0036]成型角度的選取:顱骨修復(fù)假體I是一種薄壁類零件，在加工時(shí)，平放和完全豎立兩種角度的成型效果都會(huì)出現(xiàn)下垂、變形等缺陷，甚至?xí)?dǎo)致成型的失敗。由于顱骨修復(fù)假體凹面2和人腦直接接觸，精度要求較高，本發(fā)明采用顱骨修復(fù)假體凸面3為支撐4添加面，將所述顱骨修復(fù)假體凸面3傾斜預(yù)設(shè)角度成型，所述顱骨修復(fù)假體凸面3傾斜的預(yù)設(shè)角度在35° -55°，優(yōu)選為45° ;
[0037]添加支撐:添加支撐4的目的是防止被成型件在成型過(guò)程中因材料固化不及時(shí)而造成薄壁假體變形，本發(fā)明采用尖端式線性支撐4，既節(jié)省材料有易于剔除，大大減少了支撐4對(duì)顱骨修復(fù)假體I表面精度的影響；每個(gè)所述支撐4設(shè)置在所述顱骨修復(fù)假體凸面3的層斷面的最低點(diǎn)處，即通過(guò)對(duì)顱骨修復(fù)假體I的分析及成型特點(diǎn)等因素，將顱骨修復(fù)假體I的每層層斷面的最低點(diǎn)處設(shè)置支撐，這樣可以防止在成型過(guò)程中出現(xiàn)懸空現(xiàn)象的發(fā)生。
[0038]S4、將處理后顱骨修復(fù)假體模型導(dǎo)入3D成型設(shè)備中，材料選用鈦合金，采用激光粉末燒結(jié)3D成型技術(shù)(通常采用3D打印技術(shù))，層層掃描，直至成型完成(如圖5所示)；
[0039]S5、將加工完成的顱骨修復(fù)假體I和加工平臺(tái)5 —并取出，使用線切割將顱骨修復(fù)假體I連同支撐4從加工平臺(tái)上取下；
[0040]S6、利用線切割將粘和在顱骨修復(fù)假體I上的支撐4切下，用噴砂機(jī)打磨顱骨修復(fù)假體凸面3及其邊緣，最后手工打磨，直至顱骨修復(fù)假體I表面達(dá)到技術(shù)要求。
[0041]如圖3、圖4所示，本發(fā)明的方法還可同時(shí)成型十個(gè)或者更多不同規(guī)格的鈦合金顱骨修復(fù)假體，為顱骨缺失者的臨床手術(shù)節(jié)省了寶貴的時(shí)間。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于包括如下步驟: 51、利用影像學(xué)技術(shù)對(duì)顱骨修復(fù)患者進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向反求重構(gòu)顱骨缺失部分的模型； 52、對(duì)上述的重構(gòu)顱骨缺失部分的模型進(jìn)行三維建模； 53、對(duì)上述三維建模生成的顱骨修復(fù)假體模型進(jìn)行預(yù)處理: 采用顱骨修復(fù)假體凸面為支撐添加面，采用尖端式線性支撐用于支撐所述顱骨修復(fù)假體凸面，將所述顱骨修復(fù)假體凸面傾斜到預(yù)設(shè)角度準(zhǔn)備進(jìn)行3D成型； 54、將處理后顱骨修復(fù)假體模型導(dǎo)入3D成型設(shè)備中，材料選用鈦合金，采用激光粉末燒結(jié)3D成型技術(shù)，層層掃描，直至成型完成； 55、將加工完成的顱骨修復(fù)假體和加工平臺(tái)一并取出，使用線切割將顱骨修復(fù)假體連同支撐從加工平臺(tái)上取下； 56、利用線切割將粘和在顱骨修復(fù)假體上的支撐切下，用噴砂機(jī)打磨顱骨修復(fù)假體凸面及其邊緣，最后手工打磨，直至顱骨修復(fù)假體表面達(dá)到技術(shù)要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于:每個(gè)所述支撐設(shè)置在所述顱骨修復(fù)假體凸面的層斷面的最低點(diǎn)處。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于:所述三維建模采用Pro/e軟件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于:所述顱骨修復(fù)假體凸面傾斜的預(yù)設(shè)角度在35° -55°。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于金屬粉末激光燒結(jié)3D成型技術(shù)的鈦合金顱骨修復(fù)假體制備方法，其特征在于：利用影像學(xué)技術(shù)對(duì)顱骨修復(fù)患者進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向反求技術(shù)重構(gòu)顱骨缺失部分的模型；對(duì)顱骨缺失部分進(jìn)行三維建模；對(duì)顱骨修復(fù)假體模型進(jìn)行預(yù)處理；將處理后顱骨修復(fù)假體模型導(dǎo)入3D成型設(shè)備中，層層掃描，直至成型完成；使用線切割將加工完成的顱骨修復(fù)假體連同支撐從加工平臺(tái)上取下；利用線切割將粘和在假體上的支撐切下，用噴砂機(jī)打磨假體凸面及其邊緣，最后手工打磨，直至假體表面達(dá)到技術(shù)要求。本發(fā)明采用自下而上型增材加工方法，可實(shí)現(xiàn)顱骨修復(fù)假體的快速成型，且不易受顱骨修復(fù)假體形狀、薄厚程度等的限制，為臨床手術(shù)節(jié)省了寶貴的時(shí)間。
【IPC分類】A61L27/06, A61F2/28
【公開(kāi)號(hào)】CN104905894
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510394618
【發(fā)明人】關(guān)天民, 軒亮, 雷蕾
【申請(qǐng)人】大連交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月6日