基于金属粉末激光烧结3d成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种颅骨修复假体的制备方法，具体地说是一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，颅骨修复患者分为先天性和后天性两种。先天性患者是因为出生时伴有不正常颅骨生长，导致后来颅骨发生严重畸形，必须进行外科手术引导颅骨的正常生长。后天性颅骨修复患者是指后天形成的颅骨缺损，这类患者所占比例很大，且数量逐年争多。众所周知，战争、车祸、重物打击等，都会造成颅骨缺失；另一方面，脑肿瘤的发病率也呈上升趋势，脑部手术后伴随而来的就是颅骨修补。因此，就该研宄成果的应用上，存在着巨大的潜在用户，市场应用的前景广泛。
[0003]在制造工艺上，国内主要有四种方法:手工塑形、失蜡铸造、模具压制和多点成型技术。手工塑形法对临床医生的手工水平要求较高，钛合金不易成型，塑形困难，劳动强度大，增加了手术时间。塑形时易产生翘曲和褶皱，导致修复假体与缺损部位吻合性较差。这些缺点都是手工塑性法难以克服的缺点，严重影响了修复效果。
[0004]铸造和模具压制在修复假体质量上有所提高，但制造周期长、成本高、柔性差，以目前的制备手段很难保证一次性手术完成清创和修补。而压痕、起皱、回弹和边缘翘曲是多点成型中特有的成型缺陷，压痕和起皱影响颅骨修复体的外形美观，回弹会使修复体尺寸与颅骨缺损部位尺寸不吻合，导致修复体塌陷或固定松动。边缘翘曲会使修复体与颅骨缺损部位不能良好贴合，影响修复质量。
[0005]颅骨修复技术，不仅关系到广大颅骨缺失患者健康和美观，而且严重影响患者今后的生活质量，因此对颅骨修复体制备技术的研宄具有重要的意义。
【发明内容】
[0006]根据上述提出的颅骨假体制备中出现的塑形困难，塑形时易产生翘曲、褶皱、压痕等技术问题，而提供一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法。本发明主要利用3D成型技术来实现个异性颅骨修复假体的快速成型，从而克服了以往加工方法中对薄壁假体加工困难的缺陷，达到节省材料，提高了修复假体的表面精度的效果。
[0007]本发明采用的技术手段如下:
[0008]一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于包括如下步骤:
[0009]S1、利用影像学技术对颅骨修复患者进行扫描，通过逆向反求重构颅骨缺失部分的模型；
[0010]S2、对上述的重构颅骨缺失部分的模型进行三维建模；
[0011]S3、对上述三维建模生成的颅骨修复假体模型进行预处理:
[0012]采用颅骨修复假体凸面为支撑添加面，采用尖端式线性支撑用于支撑所述颅骨修复假体凸面，将所述颅骨修复假体凸面倾斜到预设角度准备进行3D成型；
[0013]S4、将处理后颅骨修复假体模型导入3D成型设备中，材料选用钛合金，采用激光粉末烧结3D成型技术，层层扫描，直至成型完成；
[0014]S5、将加工完成的颅骨修复假体和加工平台一并取出，使用线切割将颅骨修复假体连同支撑从加工平台上取下；
[0015]S6、利用线切割将粘和在颅骨修复假体上的支撑切下，用喷砂机打磨颅骨修复假体凸面及其边缘，最后手工打磨，直至颅骨修复假体表面达到技术要求。
[0016]值得注意的是，上述的对三维建模生成的颅骨修复假体模型进行预处理实质包括成型角度的选取和添加支撑两方面的内容。
[0017]成型角度的选取:颅骨修复假体是一种薄壁类零件，在加工时，平放和完全竖立两种角度的成型效果都会出现下垂、变形等缺陷，甚至会导致成型的失败。颅骨修复假体凹面和人脑直接接触，精度要求较高，故本发明采用颅骨修复假体凸面倾斜一定角度成型；
[0018]添加支撑:添加支撑的目的是防止被成型件在成型过程中因材料固化不及时而造成薄壁假体变形，因此采用尖端式线性支撑，既节省材料有易于剔除，又大大减少了支撑对颅骨修复假体表面精度的影响。
[0019]进一步地，每个所述支撑设置在所述颅骨修复假体凸面的层断面的最低点处，是指在成型预处理阶段，通过对颅骨修复假体的分析及成型特点等因素，将颅骨修复假体的每层层断面的最低点处设置支撑，这样可以防止在成型过程中出现悬空现象的发生。
[0020]进一步地，所述三维建模采用Pro/e软件。
[0021]进一步地，所述颅骨修复假体凸面倾斜的预设角度在35° -55°。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下显著优点:
[0023]本发明是一种自下而上型增材加工方法，可实现颅骨修复假体的快速成型，并且不易受颅骨修复假体形状、薄厚程度等的限制。主要创新点在于:利用3D成型技术来实现个异性颅骨修复假体的快速成型，克服了以往加工方法中对薄壁假体加工困难的缺陷；针对颅骨修复假体表面精度要求高的特定，提出采用特有的尖端式线性支撑形式，既节省了材料也保证了修复假体的表面精度；通过不同工艺角度方式的对比，最终确定颅骨修复假体凸面倾斜的最佳预设角度在35° -55°。本发明的方法还可同时成型十个或者更多不同规格的钛合金颅骨修复假体，为颅骨缺失者的临床手术节省了宝贵的时间。
[0024]基于上述理由本发明可在颅骨修复假体技术领域广泛推广。
【附图说明】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0026]图1是本发明颅骨修复假体支撑示意图。
[0027]图2是图1的后视图。
[0028]图3是本发明采用多件成型时的布置示意图。
[0029]图4是图3的俯视图。
[0030]图5是本发明的加工过程示意图。
[0031]图中:1、颅骨修复假体2、颅骨修复假体凹面3、颅骨修复假体凸面4、支撑5、加工平台。
【具体实施方式】
[0032]如图1，图2所示，一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，包括如下步骤:
[0033]S1、利用影像学技术对颅骨修复患者进行扫描，通过逆向反求重构颅骨缺失部分的模型；影像学技术包括CT、DR等成像技术。
[0034]S2、利用Pro/e软件对上述的重构颅骨缺失部分的模型进行三维建模；
[0035]S3、对上述三维建模生成的颅骨修复假体I模型进行预处理:
[0036]成型角度的选取:颅骨修复假体I是一种薄壁类零件，在加工时，平放和完全竖立两种角度的成型效果都会出现下垂、变形等缺陷，甚至会导致成型的失败。由于颅骨修复假体凹面2和人脑直接接触，精度要求较高，本发明采用颅骨修复假体凸面3为支撑4添加面，将所述颅骨修复假体凸面3倾斜预设角度成型，所述颅骨修复假体凸面3倾斜的预设角度在35° -55°，优选为45° ;
[0037]添加支撑:添加支撑4的目的是防止被成型件在成型过程中因材料固化不及时而造成薄壁假体变形，本发明采用尖端式线性支撑4，既节省材料有易于剔除，大大减少了支撑4对颅骨修复假体I表面精度的影响；每个所述支撑4设置在所述颅骨修复假体凸面3的层断面的最低点处，即通过对颅骨修复假体I的分析及成型特点等因素，将颅骨修复假体I的每层层断面的最低点处设置支撑，这样可以防止在成型过程中出现悬空现象的发生。
[0038]S4、将处理后颅骨修复假体模型导入3D成型设备中，材料选用钛合金，采用激光粉末烧结3D成型技术(通常采用3D打印技术)，层层扫描，直至成型完成(如图5所示)；
[0039]S5、将加工完成的颅骨修复假体I和加工平台5 —并取出，使用线切割将颅骨修复假体I连同支撑4从加工平台上取下；
[0040]S6、利用线切割将粘和在颅骨修复假体I上的支撑4切下，用喷砂机打磨颅骨修复假体凸面3及其边缘，最后手工打磨，直至颅骨修复假体I表面达到技术要求。
[0041]如图3、图4所示，本发明的方法还可同时成型十个或者更多不同规格的钛合金颅骨修复假体，为颅骨缺失者的临床手术节省了宝贵的时间。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于包括如下步骤: 51、利用影像学技术对颅骨修复患者进行扫描，通过逆向反求重构颅骨缺失部分的模型； 52、对上述的重构颅骨缺失部分的模型进行三维建模； 53、对上述三维建模生成的颅骨修复假体模型进行预处理: 采用颅骨修复假体凸面为支撑添加面，采用尖端式线性支撑用于支撑所述颅骨修复假体凸面，将所述颅骨修复假体凸面倾斜到预设角度准备进行3D成型； 54、将处理后颅骨修复假体模型导入3D成型设备中，材料选用钛合金，采用激光粉末烧结3D成型技术，层层扫描，直至成型完成； 55、将加工完成的颅骨修复假体和加工平台一并取出，使用线切割将颅骨修复假体连同支撑从加工平台上取下； 56、利用线切割将粘和在颅骨修复假体上的支撑切下，用喷砂机打磨颅骨修复假体凸面及其边缘，最后手工打磨，直至颅骨修复假体表面达到技术要求。2.根据权利要求1所述的基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于:每个所述支撑设置在所述颅骨修复假体凸面的层断面的最低点处。3.根据权利要求1所述的基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于:所述三维建模采用Pro/e软件。4.根据权利要求1所述的基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于:所述颅骨修复假体凸面倾斜的预设角度在35° -55°。
【专利摘要】本发明公开了一种基于金属粉末激光烧结3D成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法，其特征在于：利用影像学技术对颅骨修复患者进行扫描，通过逆向反求技术重构颅骨缺失部分的模型；对颅骨缺失部分进行三维建模；对颅骨修复假体模型进行预处理；将处理后颅骨修复假体模型导入3D成型设备中，层层扫描，直至成型完成；使用线切割将加工完成的颅骨修复假体连同支撑从加工平台上取下；利用线切割将粘和在假体上的支撑切下，用喷砂机打磨假体凸面及其边缘，最后手工打磨，直至假体表面达到技术要求。本发明采用自下而上型增材加工方法，可实现颅骨修复假体的快速成型，且不易受颅骨修复假体形状、薄厚程度等的限制，为临床手术节省了宝贵的时间。
【IPC分类】A61L27/06, A61F2/28
【公开号】CN104905894
【申请号】CN201510394618
【发明人】关天民, 轩亮, 雷蕾
【申请人】大连交通大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月6日