CN111134905B - 一种人工髋关节及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体为一种人工髋关节及其制备方法，包括髋臼、股骨和关节柄，所述髋臼、股骨和关节柄一体成型组成髋关节，髋关节的内壁包括内层结构和外层包覆，内层结构的内部为中空结构，中空结构中放置有网状填充材料，内层结构为合金材料层，所述外层包覆为耐磨材料层，通过利用具有多空腔的钛合金内层结构，以及内部钛合金制成3D镂空网状结构的网状填充材料作为内部填充支撑层，能够大大减轻产品的重量，再通过在外部设置外层包覆，提升了产品的耐磨特点，又避免了金属有毒元素影响人体健康。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体为一种人工髋关节及其制备方法。
背景技术
人工髋关节假体仿照人体髋关节的结构，将假体柄部插入股骨髓腔内，利用头部与关节臼或假体金属杯形成旋转，实现股骨的曲伸和运动。由于硬度和成本的需要，现有人工髋关节材料都选用不锈钢等金属材料制成。现有髋关节部件通常采用铸造、锻造、粉末冶金等静压成型及机械加工法生产，但关节配件制造过程复杂，机械加工法生产效率低，且加工出来的人体髋关节的整体重量较重，安装在人体后，导致人的行动受限。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提出了一种人工髋关节和一种人工髋关节的制备方法。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明提供一种人工髋关节，包括髋臼、股骨和关节柄，所述髋臼、股骨和关节柄一体成型组成髋关节，髋关节的内壁包括内层结构和外层包覆，内层结构的内部为中空结构，中空结构中放置有网状填充材料，内层结构为合金材料层，所述外层包覆为耐磨材料层。
进一步地，所述内层结构采用钛合金材料层，内层结构内部设置有多个空腔。
进一步地，所述外层包覆采用碳化钨材料层、二氧化锆材料层、金刚石材料和陶瓷材料层中的任意一种。
进一步地，所述网状填充材料采用钛合金制成的3D镂空网状结构。
本发明还提供一种人工髋关节的制备方法，包括以下步骤：
S1：以钛合金粉末为原料，利用3D打印机打印出两个内部具有多个空腔的半内层结构，两个半内层结构合起后能够拼成一个完整的内层结构；
S2：选择其中一个半内层结构作为打印基底，利用3D打印机在半内层结构上打印出3D镂空网状结构的网状填充材料，3D镂空网状结构突出半内层结构的部分与另一个半内层结构的内部空腔对应；
S3：在3D镂空网状结构上涂覆上合成树脂胶水，然后将两个半内层结构合起，使得网状填充材料，粘接在两个半内层结构内部，对内层结构起到支撑的作用；
S4：将合起后的半内层结构放入真空室内，利用电子束焊设备，将两个半内层结构焊接到一起；
S5：对焊接处进行打磨抛光；
S6：将打磨抛光后的内层结构放入磨具中，向磨具内注入外层包覆层材料，于100-200℃进行注射，模具温度20-80℃，注射压力2-200MPa，获得胚件；
S7：注射后对胚件进行脱脂，脱脂温度40℃，时间2-20小时，得脱脂件；脱脂后对产品进行烧结，烧结温度800-1300℃；对烧结件进行校正、辅助机加工，得人工髋关节产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种人工髋关节的制备方法，通过利用具有多空腔的钛合金内层结构，以及内部钛合金制成3D镂空网状结构的网状填充材料作为内部填充支撑层，能够大大减轻产品的重量，再通过在外部设置外层包覆，提升了产品的耐磨特点，又避免了金属有毒元素影响人体健康；本发明所述的制备方法，充分利用3D打印技术和真空电子束焊，能够生产高性能复合人工髋关节，产品一致性高，重现性好，生产的产品耐磨、耐腐蚀等特点。
附图说明
图1为本发明所述的一种人工髋关节的纵向剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，下面提供一种实施方式：
本发明提供一种人工髋关节，包括髋臼、股骨和关节柄，所述髋臼、股骨和关节柄一体成型组成髋关节，髋关节的内壁包括内层结构1和外层包覆2，内层结构1的内部为中空结构，中空结构中放置有网状填充材料3，内层结构1为合金材料层，所述外层包覆2为耐磨材料层。
进一步地，所述内层结构1采用钛合金材料层，内层结构1内部设置有多个空腔。
进一步地，所述外层包覆2采用碳化钨材料层、二氧化锆材料层、金刚石材料和陶瓷材料层中的任意一种。
进一步地，所述网状填充材料3采用钛合金制成的3D镂空网状结构。
本发明还提供一种人工髋关节的制备方法，包括以下步骤：
S1：以钛合金粉末为原料，利用3D打印机打印出两个内部具有多个空腔的半内层结构1，两个半内层结构1合起后能够拼成一个完整的内层结构1；
S2：选择其中一个半内层结构1作为打印基底，利用3D打印机在半内层结构1上打印出3D镂空网状结构的网状填充材料3，3D镂空网状结构突出半内层结构1的部分与另一个半内层结构1的内部空腔对应；
S3：在3D镂空网状结构上涂覆上合成树脂胶水，然后将两个半内层结构1合起，使得网状填充材料3，粘接在两个半内层结构1内部，对内层结构1起到支撑的作用；
S4：将合起后的半内层结构1放入真空室内，利用电子束焊设备，将两个半内层结构1焊接到一起；
S5：对焊接处进行打磨抛光；
S6：将打磨抛光后的内层结构1放入磨具中，向磨具内注入外层包覆2层材料，于100-200℃进行注射，模具温度20-80℃，注射压力2-200MPa，获得胚件；
S7：注射后对胚件进行脱脂，脱脂温度40℃，时间2-20小时，得脱脂件；脱脂后对产品进行烧结，烧结温度800-1300℃；对烧结件进行校正、辅助机加工，得人工髋关节产品。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (2)
1.一种人工髋关节，包括髋臼、股骨和关节柄，其特征在于，所述髋臼、股骨和关节柄一体成型组成髋关节，髋关节的内壁包括内层结构和外层包覆，内层结构的内部为中空结构，中空结构中放置有网状填充材料，内层结构为合金材料层，所述外层包覆为耐磨材料层；
所述内层结构采用钛合金材料层，内层结构内部设置有多个空腔；
所述外层包覆采用碳化钨材料层、二氧化锆材料层、金刚石材料和陶瓷材料层中的任意一种；
所述网状填充材料采用钛合金制成的3D镂空网状结构。
2.一种如权利要求1的人工髋关节的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：以钛合金粉末为原料，利用3D打印机打印出两个内部具有多个空腔的半内层结构，两个半内层结构合起后能够拼成一个完整的内层结构；
S2：选择其中一个半内层结构作为打印基底，利用3D打印机在半内层结构上打印出3D镂空网状结构的网状填充材料，3D镂空网状结构突出半内层结构的部分与另一个半内层结构的内部空腔对应；
S3：在3D镂空网状结构上涂覆上合成树脂胶水，然后将两个半内层结构合起，使得网状填充材料，粘接在两个半内层结构内部，对内层结构起到支撑的作用；
S4：将合起后的半内层结构放入真空室内，利用电子束焊设备，将两个半内层结构焊接到一起；
S5：对焊接处进行打磨抛光；
S6：将打磨抛光后的内层结构放入磨具中，向磨具内注入外层包覆层材料，于100-200℃进行注射，模具温度20-80℃，注射压力2-200MPa，获得胚件；
S7：注射后对胚件进行脱脂，脱脂温度40℃，时间2-20小时，得脱脂件；脱脂后对产品进行烧结，烧结温度800-1300℃；对烧结件进行校正、辅助机加工，得人工髋关节产品。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20211207 |