CN117297828A - 一种低模量钛网制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低模量钛网制作方法，涉及口腔种植骨增量技术的领域，其方法包括建立与骨缺损区适配的三维钛网模型后和用于支撑所述三维钛网模型的三维支撑模型；采用低模量合金材质的打印粉末打印所述三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型；对所述钛网初模型进行清理、退火、切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光，得到低模量钛网。本申请采用的低模量钛合金材料的弹性模量较TC4钛合金材料和纯钛材料相比更低，也更接近于人体组织的弹性模量，能够将钛网所受到的应力均匀分散并传导出去，从而降低钛网暴露的风险。

Description

一种低模量钛网制作方法

技术领域

本申请涉及口腔种植骨增量技术的领域，尤其是涉及一种低模量钛网制作方法。

背景技术

目前，钛网常用于口腔种植骨增量技术中，用于对骨增量进行精准的控制。其中，涂覆于钛网上的胶原膜（下文中统一称为“屏障膜”）作为屏障，使得其与骨缺损区之间形成供骨细胞生长的空间。由于上皮细胞和纤维细胞的生长速度比骨细胞的生长速度快，故屏障膜还能够阻挡上皮细胞和纤维细胞向骨缺损区生长。

相关技术中，医生在给患者进行骨增量手术之前，需要根据患者骨缺损区的情况利用三维建模的方式制作适配的钛网。在制作钛网时，常选用TC4钛合金材料或纯钛材料等具有良好的生物相容性、力学强度和耐蚀性的材料。

然而，TC4钛合金材料的弹性模量和纯钛材料的弹性模量都与人体软组织的弹性模量存在量级上的差异。具体来说，TC4钛合金材料的弹性模量为110GPa左右，纯钛材料的弹性模量为105GPa左右，人体骨骼的弹性模量为13.7GPa左右，而由于人体软组织各个位置的厚度不同，故人体软组织的弹性模量由几十MPa到几百MPa不等。这使得钛网、人体骨骼和人体软组织共同承载外力时，钛网会承担更多的外力，从而导致人体的局部黏膜出现破损使得钛网暴露，进而导致骨组织因受到的应力变小而出现骨吸收现象，对骨增量产生影响。

发明内容

为了解决植入体所受外力无法均匀传导出去，导致应力集中的问题，本申请提供一种低模量钛网制作方法。

本申请提供一种低模量钛网制作方法，采用如下的技术方案：

一种低模量钛网制作方法，包括建立与骨缺损区适配的三维钛网模型和用于支撑所述三维钛网模型的三维支撑模型；

采用低模量合金材质的打印粉末打印所述三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型，所述低模量合金材料为弹性模量为40GPa~60GPa的钛合金材料；

对所述钛网初模型进行清理、退火、切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光，得到低模量钛网。

通过采用上述技术方案，采用低模量合金材质的打印粉末打印三维钛网模型和三维支撑模型，可以获得低模量合金材质的钛网，低模量钛合金材料的弹性模量较TC4钛合金材料和纯钛材料相比更低，也更接近于人体组织的弹性模量，能够将钛网所受到的应力均匀分散并传导出去，从而降低钛网暴露的风险。

可选的，所述建立与骨缺损区适配的三维钛网模型后和用于支撑所述三维钛网模型的三维支撑模型包括：

将所述三维钛网模型沿竖直方向摆放；

倾斜所述三维钛网模型，使得牙槽嵴顶所在平面与水平面呈50度~70度夹角；

根据所述三维钛网模型的轮廓生成所述三维支撑模型。

可选的，所述三维支撑模型由多个支撑单元拼接而成，所述支撑单元包括支撑部和延伸部，所述支撑部呈十字交叉锯齿状，用于与所述三维钛网模型接触，所述延伸部呈线状，设置于所述支撑部远离所述三维钛网模型的一侧，且沿竖直方向设置，每个延伸部沿竖直方向的长度取决于所述三维钛网模型的轮廓。

可选的，将所述支撑部的尺寸按照下列方式设置，齿顶宽为0.1mm~0.2mm，齿根宽为0.8mm~1.5mm，齿高为1mm~1.5mm，齿间距为0mm~0.5mm。

通过采用上述技术方案，三维钛网模型呈倾斜姿态与三维支撑模型连接，可以降低在打印过程中钛网变形的风险，也可以减少所需支撑的数量，同时也便于拆除。

可选的，所述采用低模量合金材质的打印粉末打印所述三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型包括：

当所述三维钛网模型设置的厚度等于或小于0.5mm时，采用扫描所述三维钛网模型的轮廓的方式打印成型；

当所述三维钛网模型设置的厚度超过0.5mm时，采用扫描所述三维钛网模型的轮廓并填充的方式打印成型。

通过采用上述技术方案，确保打印出的钛网质量更好。

可选的，在打印所述三维钛网模型前，将3D打印机的激光参数按照以下方式设置，激光额定功率为100W，激光光斑直径为50um~80um；

在打印所述三维支撑模型时，将激光功率设置为95W，将激光扫描速度设置为500mm/s~600mm/s；

在打印所述三维钛网模型时，将激光功率设置为50W~80W，将激光扫描速度设置为600mm/s~800mm/s，将扫描间距设置为0.07mm~0.09mm。

通过采用上述技术方案，可以在打印低模量合金材料的钛网时，使得钛网表面的气孔更少，表面更加光滑。

可选的，在对所述钛网初模型进行退火时，将退火温度设置在600℃~800℃，将保温时长设置在1小时~2小时。

通过采用上述技术方案，使得钛网的强度达到合适的范围。

可选的，在对所述钛网初模型进行切割时，使用电火花线切割，将所述电火花线的参数按照以下方式设置，脉宽为12us，脉冲间距为36us。

通过采用上述技术方案，能够避免切割氧化。

可选的，在完成对所述钛网初模型的切割后，采用与打印所述三维钛网模型所使用的打印粉末材质相同的低模量钛合金材料的喷砂介质进行喷砂处理。

可选的，分别采用粗砂车针、细砂车针和胶轮进行三次抛光。

通过采用上述技术方案，使得钛网表面更加光滑。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

在本申请中，采用低模量合金材质的打印粉末打印三维钛网模型和三维支撑模型，可以获得低模量合金材质的钛网，低模量钛合金材料的弹性模量较TC4钛合金材料和纯钛材料相比更低，也更接近于人体组织的弹性模量，能够将钛网所受到的应力均匀分散并传导出去，从而降低钛网暴露的风险。

附图说明

图1是本申请实施例的制作方法的工艺流程图。

图2是本申请实施例的三维钛网模型的摆放示意图。

图3是本申请实施例的三维支撑模型的结构示意图。

图4是本申请实施例的支撑部的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种骨增量用低模量钛网,能够解决植入体所受外力无法均匀传导出去，导致应力集中的问题。

可以了解的是，医生在给患者进行骨增量手术时，首先要将患者口腔软组织剖开，而后在骨缺损区填充骨粉，再将钛网覆盖在骨粉上，并用固位钉将钛网固定在牙槽骨上。在这之后，还需要在钛网表面覆盖一层胶原蛋白膜，以避免生长速度比骨细胞生长速度快的软组织细胞向骨缺损区生长。最后，需要将切开的口腔软组织完全覆盖钛网并缝合。

当完成骨增量手术的患者用力咀嚼食物时，通过口腔软组织会向钛网施加一定的作用力，然而，由于钛网所用的TC4钛合金材料或是纯钛材料的弹性模量与人体软组织的弹性模量存在量级上的差异，所以，相较于人体骨骼和人体软组织而言，钛网会承担大部分的作用力，从而使得口腔软组织产生破损或者撕裂的情况，以导致钛网暴露。由于钛网暴露时，口腔软组织无法向骨缺损区提供足够的应力刺激，所以骨组织会出现骨吸收现象。骨吸收现象即在较低的应力水平下，骨组织的体积和密度逐渐发生下降的生理行为。骨吸收现象会导致牙槽骨宽度不足或者高度不足，从而无法向植入体提供足够的骨量，使得牙齿的种植效果受到影响。

因此，本申请实施例公开了一种骨增量用低模量钛网，能够解决上述问题。

可以了解的是，本申请的低模量钛网不涉及对结构的改进，因此，此处不对其结构进行详细说明。低模量钛网选用低模量钛合金材料制成。低模量钛合金材料可以选择钛铌钽合金材料、钛铌锆合金材料、钛铌钽锆合金材料和钛铌锆钽合金材料等其他低模量钛合金材料。上述这些钛合金材料的弹性模量为40GPa~60GPa，与人体组织的弹性模量更为接近。当应用于钛网中时，能够将钛网所受到的应力均匀分散并传导出去。

进一步的，由于低模量钛合金材料的弹性模量比TC4钛合金材料的弹性模量低、比纯钛材料的弹性模量低，故低模量钛合金材料的强度会比TC4钛合金材料的强度低、比纯钛材料的强度低。因此，当TC4钛合金材料制成0.2mm厚度的钛网时，可以使得钛网的孔隙率保持在50%~70%，当纯钛材料制成0.2mm~0.4mm厚度，也可以使得钛网的孔隙率保持在50%~70%。而采用低模量钛合金材料制作钛网时，为了钛网的孔隙率保持在50%~70%，必须要增加钛网的厚度。此时，采用低模量钛合金材料制作的钛网的厚度应为0.3mm~0.7mm。由于，0.3mm的钛网较0.4mm的钛网会更容易变形，0.6mm~0.7mm的钛网较0.5mm的钛网也会增加医生缝合口腔软组织的难度，造成钛网暴露的风险，所以，制成0.4mm~0.5mm厚度的钛网较为合适。

本申请实施例还公开一种低模量钛网制作方法，用于制作上一实施例所公开的低模量钛网。

参照图1，低模量钛网制作方法包括以下步骤：

步骤S100：建立与骨缺损区适配的三维钛网模型后和用于支撑三维钛网模型的三维支撑模型。

其中，本申请不涉及对根据患者口腔内的骨缺损区状态得到三维钛网模型的过程的改进，所以此处不对其进行详细说明。

参照图2-图4可以了解的是，在利用建模工具建立三维钛网模型后，还需要建立三维支撑模型，以支撑三维钛网模型。由于在打印钛网和支撑结构时，支撑结构可能会使得钛网发生变形，所以在打印之前对三维钛网模型和三维支撑模型之间的连接关系还进行了调整。

具体的，在建模工具中先将三维钛网模型沿竖直方向摆放，而后倾斜三维钛网模型，使得牙槽嵴顶所在平面与水平面呈50度~70度夹角。最终，根据三维钛网模型的轮廓生成三维支撑模型。这里需要说明的是，三维钛网模型的部分轮廓会与三维支撑模型连接，以确保打印时支撑结构足以支撑钛网即可。

进一步的，三维支撑模型是由多个支撑单元拼接而成。支撑单元的数量和排列方式都取决于三维钛网模型。在实际的设计过程中，支撑单元的数量和排列方式由建模工具自动生成。具体来说，支撑单元包括支撑部和延伸部。支撑部呈十字交叉锯齿状，用于与三维钛网模型连接。延伸部呈线状，设置于支撑部远离三维钛网模型的一侧，并且沿竖直方向设置。每个支撑单元的长度都取决于每个延伸部沿竖直方向的长度，而每个延伸部沿竖直方向的长度都趋于三维钛网模型的轮廓，以此保证打印过程中钛网能够通过支撑结构以倾斜姿态稳定地摆放。

当然，支撑部的尺寸对于钛网的形变程度以及去支撑处理的难易程度都有影响。为了使得支撑结构对钛网的形变程度影响较小，并且易于去除，支撑部的尺寸可以按照下列方式设置，齿顶宽a为0.1mm~0.2mm，齿根宽b为0.8mm~1.5mm，齿高h为1mm~1.5mm，齿间距c为0mm~0.5mm。

至此，三维钛网模型和三维支撑模型设计完成。

参照图1，步骤S200：采用低模量合金材质的打印粉末打印三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型。

为了获得低模量钛合金材料制成的钛网，在打印钛网时就需要将低模量钛合金材质的打印粉末填充至3D打印机中。低模量钛合金材料的打印粉末可以为钛铌锆合金打印粉末、钛铌钽合金打印粉末或钛铌钽锆合金打印粉末。

需要注意的是，为了打印过程能够顺利进行，在进行打印前，还需要安装同种材料的基板。即选用材质与打印粉末的材质相同的基板。

在打印时，首先，需要对三维钛网模型和三维支撑模型进行切片，以提高打印的精度。具体来说，切片厚度可以选择0.02mm~0.04mm。而后，在打印钛网时，还需要根据钛网的厚度选择合适的打印方式。打印方式分为扫描轮廓和扫描轮廓并填充两种。例如，在一个具体的示例中，当三维钛网模型设置的厚度等于或小于0.5mm时，采用扫描三维钛网模型的轮廓的方式打印成型。当三维钛网模型设置的厚度超过0.5mm时，采用扫描三维钛网模型的轮廓并填充的方式打印成型。其中，采用扫描轮廓并填充的方式会使得打印过程中出现打印断续的问题，不利于钛网的成型。

不仅如此，由于对于钛网和支撑结构的需求不同，所以在打印三维钛网模型和三维支撑模型时，所设置的3D打印机的激光参数也不同。具体来说，可以按照以下方式进行设置：将激光额定功率设为100W，将激光光斑直径设置为50um~80um。在打印三维支撑模型时，将激光功率设置为95W，将扫描速度设置为500mm/s~600mm/s。在打印三维钛网模型时，将激光功率设置为50W~80W，将激光扫描速度设置为600mm/s~800mm/s，将扫描间距设置为0.07mm~0.09mm。

步骤S300：对钛网初模型进行清理、退火、切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光，得到低模量钛网。

可以理解的是，在完成3D打印后，钛网初模型上会粘有一些粉末。为了使得钛网初模型的表面保持干净，需要先对钛网初模型进行粉末清理。具体可以使用高压气枪。在使用时需要将高压气枪的气压设置为0.3MPa~0.4MPa，以将残留粉末清理干净。

进一步的，为了使得制成的钛网能够具有良好的强度，还需要在合适的温度进行退火。具体可以采用真空退火，退火温度为600℃~800℃，并保温1~2小时。其中，退火温度和保温时长可以根据制作钛网的材料作适应性调整。

由于钛网初模型还包括基板，所以还要通过切割来完成将钛网与基板分离的过程。具体来说，用于对钛网初模型进行切割的工具为电火花线。在切割前，需要将电火花线的参数按照下列方式设置，将脉宽设置为12us，将脉冲间距设置为36us，以降低切割出现氧化的可能。在使用电火花线进行切割时，电火花线的档位可以任意选择，切割跟踪间距保持中等位置。

当将基板与钛网分离后，还要对钛网进行去支撑处理，以获得钛网成品。在本申请实施例中，选用水口钳进行剪裁，以去除支撑结构，并在此之后采用笔式打磨机，通过使用金刚砂磨头打磨钛网表面残留的与支撑结构连接的点位。

为了获得表面光滑的钛网，还要对钛网进行喷砂和抛光。

具体来说，可以采用笔式喷砂机先在钛网表面喷洒喷砂介质。需要注意的是，喷砂介质需要选择与钛网材质相同的低模量钛合金粉末，并且喷砂介质需要选择粒径为80um~150um的低模量钛合金粉末。在进行喷砂时，喷砂压力选择0.2MPa~0.3MPa，以此便于获得表面较为光滑的钛网。其中，喷砂介质的粒径和喷砂压力都可以根据所选取的喷砂介质的材质进行适应性调整。

对钛网进行抛光时，主要使用笔式打磨机，并分别采用粗砂车针、细砂车针和胶轮进行打磨抛光，以打磨钛网表面的打印台阶纹，以及打印时粘附的粉末。

完成上述步骤，即可得到低模量钛合金制成的钛网。

当然，在其他的实施例中，对打磨、喷砂和曝光的顺序可以进行调整。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低模量钛网制作方法，其特征在于，包括：

建立与骨缺损区适配的三维钛网模型后和用于支撑所述三维钛网模型的三维支撑模型；

采用低模量合金材质的打印粉末打印所述三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型，所述低模量合金材料为弹性模量为40GPa~60GPa的钛合金材料；

对所述钛网初模型进行清理、退火、切割、去支撑、打磨、喷砂和抛光，得到低模量钛网。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述建立与骨缺损区适配的三维钛网模型后和用于支撑所述三维钛网模型的三维支撑模型包括：

将所述三维钛网模型沿竖直方向摆放；

倾斜所述三维钛网模型，使得牙槽嵴顶所在平面与水平面呈50度~70度夹角；

根据所述三维钛网模型的轮廓生成所述三维支撑模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述三维支撑模型由多个支撑单元拼接而成，所述支撑单元包括支撑部和延伸部，所述支撑部呈十字交叉锯齿状，用于与所述三维钛网模型接触，所述延伸部呈线状，设置于所述支撑部远离所述三维钛网模型的一侧，且沿竖直方向设置，每个延伸部沿竖直方向的长度取决于所述三维钛网模型的轮廓。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将所述支撑部的尺寸按照下列方式设置，齿顶宽为0.1mm~0.2mm，齿根宽为0.8mm~1.5mm，齿高为1mm~1.5mm，齿间距为0mm~0.5mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述采用低模量合金材质的打印粉末打印所述三维钛网模型和三维支撑模型，得到包括支撑结构的钛网初模型包括：

当所述三维钛网模型设置的厚度等于或小于0.5mm时，采用扫描所述三维钛网模型的轮廓的方式打印成型；

当所述三维钛网模型设置的厚度超过0.5mm时，采用扫描所述三维钛网模型的轮廓并填充的方式打印成型。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在打印所述三维钛网模型前，将3D打印机的激光参数按照以下方式设置，激光额定功率为100W，激光光斑直径为50um~80um；

在打印所述三维支撑模型时，将激光功率设置为95W，将激光扫描速度设置为500mm/s~600mm/s；

在打印所述三维钛网模型时，将激光功率设置为50W~80W，将激光扫描速度设置为600mm/s~800mm/s，将扫描间距设置为0.07mm~0.09mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在对所述钛网初模型进行退火时，将退火温度设置在600℃~800℃，将保温时长设置在1小时~2小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在对所述钛网初模型进行切割时，使用电火花线切割，将所述电火花线的参数按照以下方式设置，脉宽为12us，脉冲间距为36us。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在完成对所述钛网初模型的切割后，采用与打印所述三维钛网模型所使用的打印粉末材质相同的低模量钛合金材料的喷砂介质进行喷砂处理。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：分别采用粗砂车针、细砂车针和胶轮进行三次抛光。