[發明專利]一種非晶合金顱骨修護體的柔性成形裝置及其成形方法

有效

• 申請號: 201811103658.X
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109290434B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 龔攀;李方偉;王新云;莫健華;鄧磊;金俊松
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D31/00
• 分類號: B21D31/00;B21D37/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于柔性成形顱骨修護體的領域，并公開了一種非晶合金顱骨修護體的柔性成形裝置及其成形方法。該裝置包括夾持單元和成形單元，其中，夾持單元對稱設置在成形單元的側面；成形單元包括工具頭和激光器，工具頭上端沿圓周方向均勻設置有多個激光器，用于在工具頭對該工具頭下方的待加工區域加工前對該加工區域進行加熱，使得該待加工區域的非晶合金板材處于玻璃化轉變溫度與起始晶化溫度之間的過冷液相區，工具頭沿預設軌跡逐層碾壓成形待加工非晶合金板材，以此實現待加工非晶合金板材的柔性成形。通過本發明，獲得的顱骨修護體生物相容性好，避免柔性成形中的回彈，保證修補體的精度，提高顱骨修補手術的成功率。

技術領域

本發明屬于柔性成形顱骨修護體的領域，更具體地，涉及一種非晶合金顱骨修護體的柔性成形裝置及其成形方法。

背景技術

顱骨是保護人類大腦的重要部位，顱骨修復手術通常是治療顱骨缺損的手術，在顱骨缺損最大直徑超過3cm時就需要進行顱骨修復手術，其最重要的一個環節就是顱骨修復體的制造。

目前顱骨修復體主要以鈦網為主，鮮少采用非晶合金板材，由于以鈦網材料在成形過程中容易產生回彈，從而使得采用該材質制備的顱骨修護體大多成形精度差，無法完全貼合患者創口；

而對于顱骨修護體的制備方法，目前常見的方法包括手工造型、鑄造、模壓法、印模成形法、液壓法、多點成形法等。手工造型獲得的顱骨修復體精度差，成功率低，制作周期長，塑型過程痛苦，手術成功率低。鑄造法主要采用消失模鑄造法，雖能解決加工精度問題，但限于工藝要求，對修復體增厚，加大了患者負擔。模壓法即傳統沖壓成型，屬于批量生產，個性化制備成本高，且對于非晶合金目前不現實。印模成形法采用材料為骨水泥，術后易產生皮下積液等癥狀。液壓法采用液體獲得高壓力，成本昂貴。多點成形法的主要問題是加工精度受限于基本體群的尺寸，無法達到精度要求。對于顱骨修護體，不同的患者所需的修護體的結構不同，采用以上的幾種方法，均需要量身定制模具以滿足不同患者的需求，一方面大大增加了制造的成本，另一方面也延長了制造的時間，大大降低了制造的效率，從而最終影響患者手術的成功率。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種非晶合金顱骨修護體的柔性成形裝置及其成形方法，其中通過對其關鍵組件工具頭和環繞設置在工具頭上方的激光器的結構設計和位置的布置，使得工具頭在加熱前，激光器對待加工區域進行快速加熱至超塑性狀態，避免成形后的回彈和厚薄不均，從而提高成形精度，縮短成型時間以及制造成本。

為實現上述目的，按照本發明一方面，提供了一種非晶合金顱骨修護體的柔性成形裝置，其特征在于，該裝置包括夾持單元和成形單元，其中，

夾持單元對稱設置在成形單元的側面，用于夾持待加工非晶合金板材并保持其在加工過程中位置不變；

成形單元包括工具頭和激光器，工具頭設置在待加工非晶合金板材的上方，其上端沿圓周方向均勻設置有多個激光器，該激光器用于在工具頭對該工具頭下方的待加工區域加工前對該加工區域進行加熱，使得該待加工區域的非晶合金板材處于玻璃化轉變溫度與起始晶化溫度之間的過冷液相區，即使得待加工區域處于超塑性狀態，工具頭沿預設軌跡逐層碾壓成形待加工非晶合金板材，以此實現待加工非晶合金板材的柔性成形過程。

進一步優選地，裝置還包括與工具頭相對設置的定支撐模型，一方面用于支撐待加工非晶合金板材，一方面作為加工該待加工非晶合金板材的凹模。

進一步優選地，多個激光器形成的加熱區域不小于工具頭截面面積的2 倍，保證工具頭移動至下一位置時該位置已被加熱至超塑性狀態。

進一步優選地，成形單元還包括箱體，該箱體中通入有惰性氣體，用于避免加工過程中待加工非晶合金板材的加工區域氧化。

進一步優選地，工具頭中設置有冷卻流道，一方面用于降低工具頭的溫度，避免過熱，另一方面快速冷卻已經成形的區域。