[發明專利]醫用植入體蠟模的選區激光熔化快速成型方法及裝置

無效

• 申請號: 200810029368.5
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101310964A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 楊永強;吳偉輝;王淑范
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C51/00
• 分類號: B29C51/00;B29C73/00;B29K91/00;B29L22/00;A61B6/03
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及醫用植入體的制造技術，具體是指醫用植入體蠟模的選區激光熔化快速成型方法及裝置。

背景技術

當前，醫用植入體已在臨床上得到了廣泛的應用，如義牙、正畸矯治器、骨骼缺損修復塊、人工關節、脊柱矯形內固定系統等。這些醫用植入體零件具有生產周期短、個性化程度強、結構復雜、單件小批量等特點，一些傳統的零件加工技術(車、刨、銑、磨)難以勝任醫用植入體零件的制作。

快速成型技術(Rapid?Prototyping-RP)是一項20世紀80年代后期由工業發達國家率先開發的新技術，其主要技術特征是成型的快捷性及成型結構的復雜性，能自動、快捷地將具有復雜結構的三維CAD模型轉變成一定功能的產品原型或直接制造零部件，因而該項技術特別適合醫用植入體的制作。

快速成型技術有多種工藝方法，其中選區激光燒結快速成型技術已發展的比較成熟。該技術采用鋪粉輥將一層粉末平鋪在已成型零件的上表面，先將粉末預熱到燒結點下的某一溫度，然后控制系統控制激光束按照當前圖層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升高，粉末中低熔點的成份熔化，通過液相燒結，使未熔化的成份粘結起來，同時也使當前層與下面已成型的部分實現粘接。當一層截面燒結完后，工作臺下降一個層的厚度，鋪粉輥又在上面鋪一層粉末，進行新一圖層截面輪廓的燒結，直至完成整個三維實體模型的成型。可用于選區激光燒結的材料較多，常用的有石蠟、尼龍、聚碳酸酯、金屬粉末等。該技術的特點是制造工藝比較簡單，成型材料范圍廣，材料利用率高，價格便宜，無需支撐結構。

由于選區激光燒結技術既具有快捷、成型不受零件復雜程度影響的通用快速成型技術特點，又具有成型工藝簡單、材料利用率高、可選材料廣泛等特點，因而在醫用植入體領域得到了廣泛應用。

但是選區激光燒結技術是基于燒結成型的原理，即燒結溫度在材料熔點以下，因而所獲得的蠟型多孔疏松，還需經滲蠟后處理才能用于鑄造成型。并且通常采用燒結法成型蠟模，必須進行預熱預處理，使成型室的氣氛溫度接近燒結溫度才可進行燒結成型，預熱裝置的存在增加了設備制造成本、也加長了整個燒結成型時間。

此外，當前快速成型工藝中，多數需要將三維CAD模型轉化為STL格式，再進行二維切片獲得切片數據。但是STL格式數據存在數據冗余，文件龐大；缺乏拓撲信息，容易出現懸面、懸邊、點擴散、面重疊、孔洞等錯誤，以及存在曲面誤差，診斷與修復困難的不足。這使使得在實際成形中所得到的產品原型的成形精度不高，表面質量不好。

發明內容

本發明克服了上述現有技術的缺點與不足，提供醫用植入體蠟模的選區激光熔化快速成型方法，其采用完全熔化的方式實現成型，成型蠟模組織致密，無需滲蠟后處理，且可以實現成型設備小型化，降低設備制造成本，縮短成型時間。

本發明的目的還在于提供實現上述醫用植入體蠟模的選區激光熔化快速成型方法的裝置。

本發明通過下述技術方案實現：本醫用植入體蠟模的選區激光熔化快速成型方法，包括以下步驟：

(1)測量病人器官的外形結構數據，作為制造相應醫用植入體的原始數據；

(2)采用三維CAD軟件將原始數據轉化為三維CAD模型，并進行二次加工(如對牙科植入體添加正畸矯治器、對病變器官進行整形、去除多余的假牙等)，然后再進行切片處理，從而獲得醫用植入體的多層切片的二維CAD數據模型；

(3)對所有切片的二維CAD數據模型進行掃描路徑規劃，得到醫用植入體的掃描路徑數據；

(4)將該醫用植入體的掃描路徑數據導入到選區激光熔化快速成型裝置的上位機，然后采用分層快速掃描方法，對石蠟粉末進行選區激光熔化快速成型，從而制得所述醫用植入體蠟模；其中，激光的聚焦光斑直徑≤100μm，掃描速度＞1m/s，掃描范圍≤100mm×100mm，所述石蠟粉末鋪層厚度≤50μm；

(5)取出所述醫用植入體蠟模，對其表面的多余蠟粉進行清理。

為更好地實現本發明，步驟(1)所述病人器官的外形結構數據的測量采用CT斷層掃描，或非接觸的三維掃描儀直接掃描測量，所述掃描精度優于0.02mm；步驟(1)所述原始數據格式為DICOM格式；步驟(2)所述三維CAD軟件將所述原始數據轉化為三維CAD模型，并進行二次加工，然后直接進行切片處理，所述切片處理過程不涉及STL格式數據；所述切片的二維CAD數據模型為CLI格式或SSL格式。

所述三維CAD軟件可以采用Mimics軟件。

步驟(4)所述分層快速掃描方法，具體包括以下步驟：