3D钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法与流程

本发明涉及3d钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法，医疗器械金属植入物设计和制造技术领域。

背景技术：

目前，国内外已经有一些关于3d打印钛合金骨小梁设计和应用的报道，郭征等人公布了一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备的方法，椎体包括骨小梁和骨小梁加强筋，201710995804.3。其中骨小梁椎体的孔径为0.4mm-0.6mm，丝径为0.2-0.4mm。申请人没有说明专利中人工椎体的孔径和丝径是理论值还是测量值。目前还没有用于评价骨小梁特性丝径和孔径的测量方法报道和相关标准，特别是缺少骨小梁试件内部丝径和孔径的测量方法。

技术实现要素：

本发明提出了测量3d打印钛合金骨小梁表面和内部丝径和孔径的测量方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

采用晶体结构骨小梁和有利于细胞和骨长入的骨小梁结构制备骨小梁试件；试件形状采用立方体结构，尺寸采用骨小梁最小单元尺寸的倍数；采用牙托粉灌注骨小梁试件，将钛合金骨小梁固结，在进行机械加工时，阻止骨小梁的丝被切断后嵌入骨小梁结构内部；采用精密铣床加工获得骨小梁试件表面和内部的骨小梁结构形态图形；利用数字相关技术采集了骨小梁试件表面和内部的形态图形；提出了骨小梁试件表面和内部丝径和孔径的方法。本发明为评价金属3d打印机的打印质量和骨小梁的性能提供了依据。

本发明的有益效果

本发明采用晶体结构骨小梁或任何有利于骨长入的骨小梁结构制备了3d打印钛合金骨小梁试件，可以有效促进试件对应产品在骨压配点位的骨生长。

制备骨小梁试件的结构形式和尺寸的方法。制备的3d打印钛合金属小梁试件采用立方体，试件的长宽高尺寸为骨小梁最小单元格尺寸的倍数，使得试件在试验过程中便于计算。

采用自凝牙托水和牙托粉按照一定比例倒入容器，混合搅拌后填充3d打印钛合金骨小梁试件上，保证表面和内部填充均匀，室温条件为20度，在室温条件下干燥，牙托粉会在3d打印钛合金骨小梁试件表面和内部固化，从而在去除骨小梁材料时可以阻止被切断的骨小梁丝不会被填充到骨小梁的孔中。

采用精密铣床和夹具，精度为0.01-0.05mm去除表面的高分子材料，获得钛合金骨小梁试件表面的骨小梁结构形态图形；采用精密铣床和夹具，去除一定厚度的骨小梁和高分子填充物，获得钛合金骨小梁试件内部的骨小梁结构形态图形；切割后的试件采用高目水砂纸打磨，清除刀痕。通过骨小梁结构在不同的厚度的表现，确定表面及内部骨小梁和高分子材料的去除厚度，确保获得的骨小梁结构形态图形中的孔径及丝径体现三维结构中真实的孔径丝径。

采用数字相关技术设备，采集3d打印钛合金属骨小梁试件表面和内部骨小梁形态图形，该方法具有放大倍数高（30-50倍），采集图像方便和图像清晰的优点。

试件表面和内部丝径和孔径测量，采用精密铣床去除试件表面和内部一定厚度的材料，显示钛合金骨小梁试件表面和内部的骨小梁形态图形。骨小梁的孔径采用不同位置的三个测量值的平均值作为表面和内部的孔径值。丝径的测量，测量三处不同位置骨小梁丝径作为骨小梁的表面和内部的丝径值。取表面和内部丝径的平均值作为骨小梁试件的丝径值，取表面和内部骨小梁试件孔径的平均值作为骨小梁试件的孔径值，测量工具采用数显游标卡尺，提高表面和内部丝径和孔径的测量精度，从而获得精确的骨小梁试件的丝径值和孔径值。

附图说明

图1为本发明骨小梁试件的理论模型。

图1中1.骨小梁试件的理论模型，2.光源，3.ccd摄像机，4.控制计算机和图像板。

图2为3d打印钛合金骨小梁试件表面结构的丝径测量图像。

图2中5为3d打印钛合金骨小梁试件表面结构的丝部分。

图3为3d打印钛合金骨小梁试件内部结构的丝径测量图像。

图3中6为3d打印钛合金骨小梁试件内部结构的丝部分。

图4为3d打印钛合金骨小梁试件表面结构的孔径测量图像。

图4中7为3d打印钛合金骨小梁试件表面结构的孔部分。

图5为3d打印钛合金骨小梁试件内部结构的孔径测量图像。

图5中8为3d打印钛合金骨小梁试件内部结构的孔部分。

具体实施方式

首先采用3d打印技术制备钛合金骨小梁试件，试件采用立方体，骨小梁采用晶体结构，试件的尺寸为骨小梁最小单元尺寸的倍数，取5×10×10。

取一定比例的自凝水和牙托粉，倒入容器进行混合，充分搅拌后均匀涂抹在钛合金骨小梁试件上，保证填充均与无孔，室温条件为20度，在室温条件下干燥。

将干燥后的骨小梁时间放置于精密铣床进行加工，铣床精度0.01-

0.05mm，逐步去除试件表面的骨小梁和高分子材料，直到清晰显示试件表面和内部的骨小梁形态图形为止。

采用数字相关技术采集骨小梁试件表面和内部的骨小梁形态图形，首先进行放大倍数标定，标定采用钢板尺，放大倍数为30-50。调整上下，左右和前后旋钮保证数字相关设备的图像采集区位于试件内部和图像清晰（图1）。

测量丝径时，选取视窗内表面三个不同位置的丝5测量丝径，选取内部三不同位置的丝6测量丝径。取表面3个位置丝径的平均值作为骨小梁表面的丝径；取内部3个位置丝径的平均值作为骨小梁内部的丝径，取表面和内部丝径的平均值作为骨小梁试件的丝径值。

测量孔径时，选取视窗内表面三个不同位置的孔7测量孔径，选取三个不同位置的孔8测量孔径。取表面三个位置孔径的平均值作为表面的孔径值；取内部三个位置孔径的平均值作为内部的孔径值；取表面和内部孔径值的平均值作为骨小梁试件的孔径值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种测量3d打印钛合金小梁试件丝径和孔径的测量方法，包括测量3d打印钛合金骨小梁试件表面的丝径、孔径和内部不同位置的丝径、孔径，最终确定3d打印钛合金骨小梁试件的丝径和孔径。

2.基于权利要求1，制备的3d打印钛合金骨小梁试件的骨小梁采用晶体结构或任何有利于细胞生长和骨长入的骨小梁结构。

3.基于权利要求1，制备的3d打印钛合金骨小梁试件采用立方体，试件的长宽高尺寸为骨小梁最小单元格尺寸的倍数。

4.基于权利要求1，采用自凝牙托水和牙托粉按照一定比例倒入容器，混合搅拌后填充3d打印钛合金骨小梁试件上，保证表面和内部填充均匀，室温条件为20度，在室温条件下干燥。

5.基于权利要求1，获得钛合金试件表面与内部骨小梁图形的方法为，采用精密铣床和夹具，精度为0.01-0.05mm去除表面的高分子材料，获得钛合金骨小梁试件表面的骨小梁结构形态图形；采用精密铣床和夹具，去除一定厚度的骨小梁和高分子填充物，获得钛合金骨小梁试件内部的骨小梁结构形态图形；切割后的试件采用高目水砂纸打磨，清除刀痕。

6.基于权利要求1，测量3d打印钛合金骨小梁试件表面和内部骨小梁形态图形采集采用数字相关技术设备，测量设备包括可以调节放大倍数的高倍照像机，放大倍数为30-50倍，数字相关技术的测试软件和计算机处理系统，丝径和孔径测量采用钢板尺，按照放大比例计算丝径和孔径。

7.基于权利要求1，试件表面丝径和孔径测量，采用精密铣床去除表面的高分子材料，显示钛合金骨小梁试件表面的骨小梁形态图形；骨小梁的孔径采用表面不同位置的三个测量值的平均值作为测量表面的孔径；表面丝径的测量，测量三处不同位置骨小梁丝径作为表面骨小梁的丝径；测量工具采用数显游标卡尺。

8.基于权利要求1，试件内部丝径和孔径测量，骨小梁的孔径采用不同位置的三个测量值的平均值作为试件内部的孔径；丝径分别测量不同位置骨小梁三个丝径值，取平均值作为丝径；测量工具采用数显游标卡尺。

9.基于权利要求1，取表面和内部丝径的平均值作为骨小梁试件的丝径值，取表面和内部孔径的平均值作为骨小梁试件的孔径值。

技术总结
3D钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法。采用晶体结构骨小梁和有利于细胞和骨长入的骨小梁结构制备骨小梁试件；试件形状采用立方体结构，尺寸采用骨小梁最小单元尺寸的倍数；采用牙托粉灌注骨小梁试件，将钛合金骨小梁固结，在进行机械加工时，阻止骨小梁的丝被切断后嵌入骨小梁结构内部；采用精密铣床加工获得骨小梁试件表面和内部的骨小梁结构形态图形；利用数字相关技术采集了骨小梁试件表面和内部的形态图形；提出了骨小梁试件表面和内部丝径和孔径的方法。本发明为评价金属3D打印机的打印质量和骨小梁的性能提供了依据。

技术研发人员：刘念;叶金铎;孟昱;黄洁茹
受保护的技术使用者：嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司
技术研发日：2018.12.15
技术公布日：2019.12.06