CN111513891A - 一种3d打印的肩关节假肢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印的肩关节假肢，包括打印粉盘和3D激光打印机，打印粉盘用于承装原料粉末，3D激光打印机设有一激光发射器和第二激光发射器，第一激光发射器与第二激光发射器的激光熔点不同；原料粉末分别为第一原料和第二原料，第一原料与第二原料在打印粉盘内的分布与待打印肩关节的空间尺寸相关；第一激光发射器溶蚀第一原料后形成辅助保护层，第二激光发射器溶蚀第二原料形成支撑件；3D激光打印机的控制器与第一激光发射器和第二激光发射器信号连接，控制器用于控制第一激光发射器与第二激光发射器的发射光斑直径、光斑形状、激光能量常数、轨迹参数以及开启状态。本发明提高患者使用假肢的舒适性，保护患者身体不被损伤。

Description

一种3D打印的肩关节假肢
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体指的是一种3D打印的肩关节假肢。
背景技术
随着科技技术的发展，假肢(又称作义肢)给那些做过截肢手术的患者的生活带来便利，根据截肢部位而分为上肢假肢和下肢假肢，根据使用特性可分为辅助性假肢、装饰性假肢、电动假肢或声控假肢等。
对于一些高位截肢的患者来讲，如上肢手臂高位截肢的患者，需要假肢来辅助自己生活中的各个动作，这不仅对假肢的基本灵活性要求较高，而且对假肢的舒适性要求也很高。一般的假肢包括支撑部件、辅助部件和防脱落辅助件，支撑件一般是需要承受一定重力的部件，一般有钢质或其他金属制成；辅助部件为包裹支撑件的修饰性部件，一般采用软质材料制成，如橡胶或硅胶材料；防脱落辅助件为起连接作用的辅助件，如拉力带，主要将整个假肢与患者身体绑定连接，防止假肢在使用过程中掉落。
随着科技的进步，3D打印技术普遍应用于各个领域，对于医疗行业的假肢制作领域，3D打印也发挥了很好的作用，成为假肢制作领域的突破性技术，但是，目前的3D打印技术所制作出的产品的材料都是同一种，对于关节处结构，依靠3D打印制作的假肢一般都较硬，患者在使用时，长时间佩戴对患者的受伤部位的压力太大，严重时还会造成患者的受伤部位遭受二次伤害；所以，对于假肢的关节部位需要一定软质材料，该软质材料的作用就像人体关节处的韧带，可以起到缓冲关节处的作用力和保护关节的作用，目前该技术在3D打印领域内还未出现。
发明内容
针对上述利用3D打印技术制作的假肢，假肢与患者受伤部位接触的地方会因为长时间的摩擦和承重容易对受伤部位造成2次伤害的问题，本发明的目的是提供了一种3D打印的肩关节假肢，以肩关节假肢为例，利用两种3D打印材料同时打印，利用控制程序控制两个激光发射器的激发状态，实现一次性打印两种材料的结构，其一，为假肢上起到支撑作用的支撑件，其二，为支撑件与患者受伤部位接触面上的保护层，所述保护层起到缓冲患者受伤部位处的作用力和保护关节的作用。
为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案是：
一种3D打印的肩关节假肢，包括打印粉盘和3D激光打印机，打印粉盘用于承装原料粉末，3D激光打印机设有两个激光发射器，分别为第一激光发射器和第二激光发射器，第一激光发射器与第二激光发射器的激光熔点不同；原料粉末设有两种，分别为第一原料和第二原料，第一原料与第二原料在打印粉盘内的分布与待打印肩关节的空间尺寸相关，第一原料与第二原料的分布为空间三维分布状态；第一激光发射器溶蚀第一原料后形成辅助保护层，第二激光发射器溶蚀第二原料形成支撑件，第一原料与第二原料有兼容性；3D激光打印机还包括控制器，控制器与第一激光发射器和第二激光发射器信号连接，控制器用于控制第一激光发射器与第二激光发射器的发射光斑直径、光斑形状、激光能量常数、轨迹参数以及开启状态。
本发明的有益效果是：将假肢中起支撑作用和保护作用的结构同时利用3D打印的方法制作，提高患者使用假肢的舒适性，保护患者身体不被损伤。
进一步优化为，支撑件采用合金材料，辅助保护层采用硅脂材料。
采用上述技术方案，合金材料重量轻，硅胶质软，有很好的耐受性和对力的缓冲性能，配合以提升假肢的使用舒适性。
进一步优化为，控制器的控制精度为0.001mm。
采用上述技术方案，控制器的控制精度是打印产品质量的关键，高精度能保证激光发射器的定位精准，保证打印精度。
进一步优化为，3D打印机的打印截面厚度区间为0.05-0.1mm。
采用上述技术方案，打印截面越薄，激光溶蚀的效果越好，越容易快速成型。
进一步优化为，肩关节假肢中关节以外的位置设有圆形透气孔。
采用上述技术方案，肩关节假肢的支撑件上设有透气孔，防止假肢受热胀冷缩的而影响患者使用，三角形的透气孔可减少应力集中，防止假肢在使用过程中被损坏。
附图说明
图1为实施例的3D激光打印机上第一激光发射器和第二激光发射器的示意图；
图2为实施例中所打印的肩关节假肢示意图。
附图标记：
图中：1-3D激光打印机；11-第一激光发射器；12-第二激光发射器；2-打印粉盘；3-保护层；4-支撑件；5-透气孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。需提前说明的是，本申请中的上、下、左、右方位词与说明书附图中的上、下、左、右方位词一致，但是不限于具体结构的方位。
一种3D打印的肩关节假肢，如图1所示，包括打印粉盘2和3D激光打印机1，打印粉盘2用于承装原料粉末，3D激光打印机1设有两个激光发射器，分别为第一激光发射器11和第二激光发射器12，第一激光发射器11与第二激光发射器12的激光熔点不同；原料粉末设有两种，分别为第一原料和第二原料，第一原料与第二原料在打印粉盘2内的分布与待打印肩关节的空间尺寸相关，第一原料与第二原料的分布为空间三维分布状态；第一激光发射器11溶蚀第一原料后形成辅助保护层3，第二激光发射器12溶蚀第二原料形成支撑件4，第一原料与第二原料有兼容性；3D激光打印机1还包括控制器，控制器与第一激光发射器11和第二激光发射器12信号连接，控制器用于控制第一激光发射器11与第二激光发射器12的发射光斑直径、光斑形状、激光能量常数、轨迹参数以及开启状态。
以下对本申请中的技术进行进一步说明：
与现有技术相比，现有技术采用3D打印的过程中，所打印的材料为一种材料，故只需要一个激光发射器即可，激光将粉末状的材料通过一层层溶蚀并累加后形成控制器所设置的模型；本申请中，采用设有两种原料，分别为第一原料和第二原料，同时设有两个激光发射器，分别为第一激光发射器和第二激光发射器12，在打印粉盘2内所承装的第一原料和第二原料的分布位置与控制器内设置的模型——肩关节假肢的空间相匹配，每个激光发射器的行进轨迹固定，且第一激光发射器11只能溶蚀第一原料，第二激光发射器只能溶蚀第二原料，经过多层打印后形成的肩关节假肢为两种激光打印原料同时打印加工而成，本申请中，第一原料所打印的是肩关节假肢的保护层3，质地较软，主要起到保护患者身体的作用；第二原料所打印的是肩关节假肢的支撑件4，主要承担外力起支撑的作用。
以下方案作为优选方案：
(1)支撑件4为合金材料，辅助保护层3为硅脂材料，合金材料重量轻，硅胶质软，有很好的耐受性和对力的缓冲性能，配合以提升假肢使用的舒适性。
(2)控制器的控制精度为0.001mm，控制器的控制精度是打印产品质量的关键，高精度能保证激光发射器的定位精准，保证打印精度。
(3)3D打印机的打印截面厚度区间为0.05-0.1mm，打印截面越薄，激光溶蚀的效果越好，越容易快速成型。
(4)肩关节假肢中关节以外的位置设有圆形透气孔5，肩关节假肢的支撑件4上设有透气孔5，防止假肢受热胀冷缩的而影响患者使用，三角形的透气孔5可减少应力集中，防止假肢在使用过程中被损坏。
如图2所示，图中所述分别为两种结构的肩关节假肢，图中左侧所示的肩关节假肢的保护层3呈椭球形，即保护层3的外表面为球面，包裹在支撑件4的圆头顶端；图中右侧所示的肩关节的保护层3呈平面状，即保护层3的外表面为水平面，根据患者使用位置的身体特点不同而设计，满足不同患者使用的舒适性。另外，图中的支撑件4部位的三角形透气孔5，防止假肢因为环境温度的变化而出现热胀冷缩的现象，从而影响患者使用的舒适性。
本发明公开了一种3D打印的肩关节假肢，包括打印粉盘和3D激光打印机，打印粉盘用于承装原料粉末，3D激光打印机设有一激光发射器和第二激光发射器，第一激光发射器与第二激光发射器的激光熔点不同；原料粉末分别为第一原料和第二原料，第一原料与第二原料在打印粉盘内的分布与待打印肩关节的空间尺寸相关；第一激光发射器溶蚀第一原料后形成辅助保护层，第二激光发射器溶蚀第二原料形成支撑件；3D激光打印机的控制器与第一激光发射器和第二激光发射器信号连接，控制器用于控制第一激光发射器与第二激光发射器的发射光斑直径、光斑形状、激光能量常数、轨迹参数以及开启状态。本发明提高患者使用假肢的舒适性，保护患者身体不被损伤。
本具体实施例仅仅是对发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种3D打印的肩关节假肢，包括打印粉盘和3D激光打印机，所述打印粉盘用于承装原料粉末，其特征在于：所述3D激光打印机设有两个激光发射器，分别为第一激光发射器和第二激光发射器，所述第一激光发射器与所述第二激光发射器的激光熔点不同；
所述原料粉末设有两种，分别为第一原料和第二原料，所述第一原料与所述第二原料在所述打印粉盘内的分布与待打印肩关节的空间尺寸相关，所述第一原料与所述第二原料的分布为空间三维分布状态；
所述第一激光发射器溶蚀所述第一原料后形成辅助保护层，所述第二激光发射器溶蚀所述第二原料形成支撑件，所述第一原料与所述第二原料有兼容性；
所述3D激光打印机还包括控制器，所述控制器与所述第一激光发射器和所述第二激光发射器信号连接，所述控制器用于控制所述第一激光发射器与所述第二激光发射器的发射光斑直径、光斑形状、激光能量常数、轨迹参数以及开启状态。
2.根据权利要求1所述一种3D打印的肩关节假肢，其特征在于：所述支撑件采用合金材料，所述辅助保护层采用硅脂材料。
3.根据权利要求1所述一种3D打印的肩关节假肢，其特征在于：所述控制器的控制精度为0.001mm。
4.根据权利要求1所述一种3D打印的肩关节假肢，其特征在于：所述3D打印机的打印截面厚度区间为0.05-0.1mm。
5.根据权利要求1所述一种3D打印的肩关节假肢，其特征在于：所述肩关节假肢中关节以外的位置设有圆形透气孔。
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