[發明專利]一種輕量化骨科支架的加工方法

有效

• 申請號: 201810628802.5
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108707744B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張永康;張崢;楊青天;于秋云
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00;C21D9/00;A61F5/05
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本申請公開了一種輕量化骨科支架的加工方法，所述加工方法包括根據骨科支架的結構參數和支架服役區間的載荷譜對所述骨科支架進行測試確定所述骨科支架的強化前疲勞壽命；對骨科支架進行力學分析確定失效區域，以便對試樣支架的失效區域執行激光噴丸處理；測試試樣支架的強化后疲勞壽命并根據強化前疲勞壽命與強化后疲勞壽命確定優選厚度；根據優選厚度生成加工指令，以便加工厚度為優選厚度的骨科支架并對失效區域執行激光噴丸處理得到輕量化骨科支架。本方法能夠進而實現了在不減少骨科支架的疲勞壽命的前提下減小骨科支架的外形尺寸。

技術領域

本發明涉及激光沖擊強化領域，特別涉及一種輕量化骨科支架的加工方法。

背景技術

當前，經濟全球化、人口老齡化的趨勢加劇，伴隨著交通運輸飛速發展，意外性事故導致的骨折是骨科中最常見的病患，臨床治療中采用剛度和強度較好的骨科支架對骨折部位進行固定，在術后近期可以為骨折組織提供穩定的力學環境，防止發生再損傷。并且為身體提供堅實的支持，有利于患者在康復過程中進行正常的活動。

研究表明人體骨骼的彈性模量10～40GPa，鈦合金的彈性模量為110GPa。由于支架的剛度約為骨組織的剛度的2～10倍，在骨折區域內，剛度較低的骨骼則只需承載較低的載荷，而剛度較高的支架將會承擔較多的載荷，因而對支架提出了兩方面的要求：1)盡量降低支架的厚度方便病人使用；2)足夠的疲勞強度與壽命保證病人在康復期內的必要活動，不發生斷裂。但是，當減小支架的厚度時，支架的疲勞壽命就會大大減少；為了增加支架的疲勞壽命就要增加支架的厚度，導致疲勞性能和支架結構尺寸之間的矛盾。

因此，如何在不減少骨科支架的疲勞壽命的前提下減小骨科支架的外形尺寸，實現骨科支架的輕量化是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種輕量化骨科支架的加工方法，能夠在不減少骨科支架的疲勞壽命的前提下減小骨科支架的外形尺寸，實現骨科支架的輕量化。

為解決上述技術問題，本申請提供一種輕量化骨科支架的加工方法，該加工方法包括：

根據骨科支架的結構參數和支架服役區間的載荷譜對所述骨科支架進行測試確定所述骨科支架的強化前疲勞壽命；

對骨科支架進行力學分析確定失效區域，以便控制支架加工設備對試樣支架的失效區域執行激光噴丸處理；其中，試樣支架與骨科支架為完全相同的支架；

測試試樣支架的強化后疲勞壽命并根據強化前疲勞壽命與強化后疲勞壽命確定優選厚度；

根據優選厚度生成加工指令，以便利用加工指令控制支架加工設備加工厚度為優選厚度的骨科支架并對失效區域執行激光噴丸處理得到輕量化骨科支架。

可選的，根據強化前疲勞壽命與強化后疲勞壽命確定厚度增益包括：

根據強化前疲勞壽命與強化后疲勞壽命計算疲勞壽命增益；

根據疲勞壽命增益與材料厚度變化的對應關系確定厚度增益，并根據厚度增益與骨科支架的厚度計算優選厚度。

可選的，還包括：

根據骨科支架的使用者的身高、體重、步態和骨科支架使用部位的參數計算支架服役區間的載荷譜。

可選的，控制支架加工設備對試樣支架的失效區域執行激光噴丸處理包括：

利用掃描電子顯微鏡采集已失效骨科支架的失效區域的裂紋擴展形式，并根據裂紋擴展形式和載荷譜判斷失效類型是否為低循環失效；

若是，則控制支架加工設備對試樣支架的失效區域執行激光噴丸處理。

可選的，還包括：

對失效區域進行激光噴丸參數優選實驗確定優選工藝參數：其中，優選工藝參數包括激光功率密度范圍、覆蓋率和脈寬；