CN220695326U - 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 - Google Patents
一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220695326U CN220695326U CN202320950969.XU CN202320950969U CN220695326U CN 220695326 U CN220695326 U CN 220695326U CN 202320950969 U CN202320950969 U CN 202320950969U CN 220695326 U CN220695326 U CN 220695326U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium alloy
- grooves
- bone plate
- alloy bone
- surface treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims abstract description 23
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 10
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229940069328 povidone Drugs 0.000 claims abstract description 9
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001652 electrophoretic deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 238000005542 laser surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910014497 Ca10(PO4)6(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000012994 industrial processing Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，包括钛合金骨板，所述钛合金骨板表面设置凹槽；所述凹槽可按照阵列排布或按照设定规律排布；所述凹槽内和凹槽之间的区域为药物沉积区，所述药物沉积区用于吸附药物。解决钛合金的光滑的表面不易吸附羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮的问题，提高了生物相容性，更好的与宿主骨细胞进行结合。
Description
技术领域
本实用新型属于医用骨板技术领域，具体涉及一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在医学医疗领域，钛合金是被应用最广泛的生物医疗金属材料，它具有更轻的质量；更好的机械性能；更接近自然骨的弹性模量无疑是生物硬组织首选的硬组织替代材料。但是钛合金也有其难以避免的缺点：因为界面的结合强度不高及热膨胀系数不匹配，生物相容性欠佳不能与宿主骨细胞短时间内形成化学键加速结合，其金属基体光滑的表面也不易吸附羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮。现有技术中采用的是在材料表面加工毛刺的方式提高粗糙度，但加工的毛刺需采用化学制剂极易造成污染，且毛刺的表面吸附羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮的效果差。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，能够解决钛合金的光滑的表面不易吸附羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮的问题，提高了生物相容性，更好的与宿主骨细胞进行结合。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，包括钛合金骨板，所述钛合金骨板表面设置凹槽；所述凹槽可按照阵列排布或按照设定规律排布；所述凹槽内和凹槽之间的区域为药物沉积区，所述药物沉积区用于吸附药物。
进一步的，所述凹槽设置多个，每三个凹槽按设定规律排布成一个凹槽组。
进一步的，所述凹槽组的上部设有一个凹槽，下部设有两个凹槽，三个凹槽按设定规律排布成三角形。
进一步的，所述凹槽内、每个凹槽组的中心区域、凹槽组之间的区域为药物沉积区。
进一步的，所述凹槽组之间的距离相同。
进一步的，所述凹槽按阵列排布成矩形，每个凹槽之间的距离相同。
进一步的，所述凹槽内、每个凹槽之间的区域为药物沉积区。
进一步的，所述药物为羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮。
进一步的，所述凹槽为圆形凹槽。
进一步的，所述钛合金骨板为方形板。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型的钛合金骨板表面设置凹槽，增大了钛合金骨板表面的粗糙度，并且每个凹槽内和凹槽之间的区域形成药物沉积区，更好的使药物可以吸附在钛合金骨板表面，凹槽内有助于药物的储存，使药物吸附更加均匀，提高了生物相容性，避免了环境污染，生产加工更加方便，降低成本。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型实施例1的结构图；
图2是本实用新型实施例2的结构图；
图3是激光表面处理装置的结构图；
1、钛合金骨板；2、药物沉积区；3、第一凹槽；4、凹槽组；5、第二凹槽；6、控制系统；7、激光发生装置；8、扩束整形系统；9、反射镜；10、高速扫描系统；101、振镜；102、多边形转镜；103、f-θ聚焦透镜组。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1：
下面集合附图，对本实用新型进行详细说明，本实施例公开的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，包括钛合金骨板1，所述钛合金骨板1表面设置凹槽；所述凹槽可按照阵列排布或按照设定规律排布；所述凹槽内和凹槽之间的区域为药物沉积区，所述药物沉积区用于吸附药物。
如图1所示，所述凹槽设置多个，每三个凹槽按设定规律排布成一个凹槽组4。所述凹槽组4的上部设有一个凹槽，下部设有两个凹槽，三个凹槽按设定规律排布成三角形。所述凹槽内、每个凹槽组4的中心区域、凹槽组4之间的区域为药物沉积区2。所述凹槽组4之间的距离相同。
所述药物为羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮。所述凹槽为圆形凹槽。所述钛合金骨板1为方形板。
所述按设定规律排布的凹槽为第一凹槽3，所述第一凹槽3为圆形凹槽，其孔径较小，所述第一凹槽3可增加钛合金钢板表明的粗糙度，第一凹槽3内沉积药物较少，因此可利用凹槽组4之间的区域和凹槽组4的中心区域进行药物沉积，在保证粗糙度的同时使药物吸附更加均匀。
所述按设定规律排布的凹槽可在加工时调整激光开槽位置实现排布，即可根据实际需要设置不同排布形状的凹槽组4，如可设置成方形或圆形等形状进行排布。
实施例2：
如图2所示，所述凹槽按阵列排布成矩形，每个凹槽之间的距离相同。所述凹槽内、每个凹槽之间的区域为药物沉积区。
所述按阵列排布的凹槽为第二凹槽，所述第二凹槽5为圆形凹槽，其孔径较大，所述第二凹槽5可增加钛合金骨板表面的粗糙度，第二凹槽5之间的区域沉积药物较少，第二凹槽5内可沉积较多的药物，因此同样可以在保证粗糙度的同时使药物吸附更加均匀。
实施例3：
本实用新型的微孔采用激光转镜表面处理装置进行加工，所述微孔即为所述的第一凹槽3或第二凹槽5。
所述激光转镜表面处理装置包括，控制系统6、激光发生装置7、高速扫描系统10；所述高速扫描系统10包括振镜101、多边形转镜102、f-θ聚焦透镜组103；所述激光发生装置7包括扩束整形系统8和反射镜9。
激光转镜表面处理装置的加工步骤如下：
S1.设定激光加工参数与控制系统参数；
S2.启动激光发生装置7、控制系统6、高速扫描系统10；
S3.激光束射入高速扫描系统10，高速扫描系统10投射出二维平面的扫描激光；
S4.控制系统6同步控制激光调制系统和高速扫描系统10实现脉冲同步扫描；
S5.扫描激光经过f-θ聚焦透镜组103对钛合金骨板1进行二维平面表面处理；
S6.激光将会在钛合金骨板1表面制造大量密集微孔；
S7.再利用电泳沉积、阳极氧化法等技术将羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，HA)生物涂层或聚维碘酮覆盖在材料表面，或填入到微孔内，有效增加医用钛合金骨板的生物相容性。
S8.完成加工，激光发生装置7和高速扫描系统10停止运行。
所述激光调制系统为FPGA控制系统，在FPGA控制系统下执行同步扫描。单次加工每一个扫描位置只有一个激光脉冲注入，激光脉冲注入量受扫描次数影响。有效避免高频脉冲连续注入引起的粒子屏蔽效应以及过多热效应引起的材料变形且群孔能量分布均匀孔型一致且边缘良好。
FPGA(现场可编程逻辑门阵列)同时控制转镜扫描的位置信息和激光脉冲频率相位，使得激光脉冲频率和扫描位置实现同步，FPGA是具备并行工作时序能力的控制系统可以实现激光分频，Q信号脉宽调制，振镜电机偏转控制，主轴转速等重要加工信息。
钛合金骨板1加工微孔后，将羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮通过涂覆干燥及阳极氧化法覆盖在钛合金骨板的药物沉积区及微孔内部，药粉颗粒都能均匀的填充在所有微孔内，微孔即为所述的第一凹槽3或第二凹槽5。微孔存在时整个钛合金骨板包括口内壁都具有导电性，颗粒会优先沿着微孔内壁圆周轮廓开始沉积，逐渐一层层把孔中心填满当孔内沉积完成后继续沉积在材料整体表面。
多边形转镜102绕着机械轴以恒定速度进行快速的旋转，多个面依次以非常高的速度扫描入射光束，并对入射光束进行反射实现反射光束的高速一维线性扫描；同时振镜101配合转动完成激光另一个方向的偏转，使扫描激光在其扫描线的垂直方向上移动，多边形转镜102与振镜101配合即可实现对二维平面的超高速扫描，相对于传统激光的点线移动具有极高的速度优势。
在本装置中，激光发生装置7的单脉冲能量为1mJ，波段为1064nm，f-θ聚焦透镜组103的焦距为420mm，经f-θ聚焦透镜组103聚焦后的扫描激光光斑半径小于40μm，M2＝1.2(M2是束腰半径乘以远场发散角或基膜高斯半径乘以发散角，M2越小，意味着横模越少，光斑能汇聚得越小越接近极限)。
有益效果：采用上述激光表面处理装置进行加工，设置激光功率500W，重复频率500kHz，脉冲宽度120ns，扫描次数40次，扫描面积100mm*100mm，扫描速度500m/s，孔距0.2mm，行距0.5mm，孔径120μm，孔深150μm表面开槽孔个数100701个。加工总处理时间大约14s，打孔效率1668Hz。有效提高工业加工效率，大大减少了加工时间。
实施例4：
微孔的加工方法：
具体包括：加工靶材为0.1mm-0.3mm钛合金；加工前材料经过丙酮及去离子水进行前清洗；材料在进行超声清洗；表面打磨、抛光处理；利用激光在钛合金表面制造大量密集微孔，微坑有效增大材料表面粗糙度；材料在进行超声再次清洗；表面再次打磨、抛光处理；再利用电泳沉积、阳极氧化法等技术将羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，HA)生物涂层覆盖在材料表面，或填入为坑内，使激光加工后的微孔骨板与生物涂层大面积结合且微孔内的药物更利于储存；基底进行烘干、干燥处理。
优选的，微孔的孔径为120μm，孔深度150μm，孔间距0.2mm，行间距0.5mm，具体间距可根据实际需求进行设置。经过高速扫描系统处理的钛合金骨板表面有几千甚至上万个微孔结构经过生物涂层材料或相关药物沉积效果良好可以积极地应用于创伤骨组织的愈合。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，包括钛合金骨板，所述钛合金骨板表面设置凹槽；所述凹槽可按照阵列排布或按照设定规律排布；所述凹槽内和凹槽之间的区域为药物沉积区，所述药物沉积区用于吸附药物。
2.如权利要求1所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽设置多个，每三个凹槽按设定规律排布成一个凹槽组。
3.如权利要求2所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽组的上部设有一个凹槽，下部设有两个凹槽，三个凹槽按设定规律排布成三角形。
4.如权利要求2所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽内、每个凹槽组的中心区域、凹槽组之间的区域为药物沉积区。
5.如权利要求2所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽组之间的距离相同。
6.如权利要求1所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽按阵列排布成矩形，每个凹槽之间的距离相同。
7.如权利要求6所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽内、每个凹槽之间的区域为药物沉积区。
8.如权利要求1所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述药物为羟基磷灰石生物涂层或聚维碘酮。
9.如权利要求1所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述凹槽为圆形凹槽。
10.如权利要求1所述的一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板，其特征在于，所述钛合金骨板为方形板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320950969.XU CN220695326U (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320950969.XU CN220695326U (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220695326U true CN220695326U (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=90445495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320950969.XU Active CN220695326U (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220695326U (zh) |
-
2023
- 2023-04-21 CN CN202320950969.XU patent/CN220695326U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109913919B (zh) | 一种在工件表面制备微纳二维结构的加工方法及装置 | |
| CN102328081B (zh) | 一种高功率激光快速成形三维金属零件的方法 | |
| JP5479454B2 (ja) | ガラス基板内に微細構造を形成するための方法およびシステム | |
| WO2019140965A1 (zh) | 一种集成双类型激光提高slm成型件表面质量的装置与方法 | |
| RU2086378C1 (ru) | Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления | |
| US6200346B1 (en) | Metal implant with anchoring surface | |
| US20050211680A1 (en) | Systems and methods for laser texturing of surfaces of a substrate | |
| US5484980A (en) | Apparatus and method for smoothing and densifying a coating on a workpiece | |
| US20190134367A1 (en) | Microneedle manufacturing method and microneedle manufacturing device | |
| CN111299731A (zh) | 一种在工件表面形成微结构的加工方法及控制系统 | |
| JP2013504354A (ja) | 外科のインプラントを製造するために、空間に繰り返される制御されたパターンを有する多孔質構造 | |
| CN108950545A (zh) | 一种旋转光束超高速激光熔覆方法及装置 | |
| JPH0124202B2 (zh) | ||
| CN105189018A (zh) | 在对工件进行钻孔期间照射输出在径向方向上变化的激光钻孔方法及设备 | |
| ITTO20060089A1 (it) | Metodo per il trattamento laser di dispositivi impiantabili, dispositivi impiantabili ottenuti con tale metodo e sistema laser per il trattamento di dispositivi impiantabili | |
| Fiedler et al. | Machining of biocompatible ceramics with femtosecond laser pulses | |
| CN220695326U (zh) | 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板 | |
| JPWO2016039419A1 (ja) | ジルコニア系セラミックスの表面構造形成方法及びジルコニア系セラミックス | |
| CN215393264U (zh) | 一种五轴四联动打孔装置 | |
| CN112458514A (zh) | 在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法 | |
| CN112207376B (zh) | 一种基于可变电场的阵列管状阳极辅助激光电化学复合加工的方法及装置 | |
| CN104226995B (zh) | 镁合金医学植入体电子束熔化成型方法 | |
| JP3999999B2 (ja) | レーザ表面加工装置 | |
| CN114795608A (zh) | 微织构化动脉血管支架及其制备装置和方法 | |
| Berger et al. | Multiple-beam laser patterning on aluminum oxide, zirconium oxide, and hydroxyapatite ceramic materials using a microlens array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |