KR101758853B1 - Cleaning method of 3 dimensional printed implant - Google Patents

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KR101758853B1
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정인일
주영민
정용희
김응서
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주식회사 쓰리디프리욜
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 3D 프린팅된 임플란트의 다공성 구조의 표면에 잔류하는 용융되지 않은 금속 분말을 제거할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해 특히 본 발명의 일 실시예는, 3D 프린팅에 기반하여 다공성 구조를 갖는 임플란트를 제조하는 프린팅 단계(S10); 임플란트를 탈이온수(DIW)로 세정하는 제1 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제1 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S20); 산 혼합물을 이용하여 임플란트의 표면을 에칭하는 에칭 단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제2 초음파 방사 단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S30); 임플란트를 탈이온수로 세정하는 제2 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제3 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S40); 임플란트를 에탄올로 세정하는 제3 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제4 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S50); 및 임플란트를 건조하는 단계(S60)를 포함하는 3D 프린팅된 임플란트의 세정 방법을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect that the unmelted metal powder remaining on the surface of the porous structure of the 3D-printed implant can be removed. To this end, an embodiment of the present invention, in particular, includes a printing step (S10) of manufacturing an implant having a porous structure based on 3D printing; (S20) simultaneously or sequentially performing a first cleaning step of cleaning the implant with deionized water (DIW) and a first ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant; (S30) simultaneously or sequentially performing an etching step of etching the surface of the implant using an acid mixture and a second ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant; A second cleaning step of cleaning the implant with deionized water and a third ultrasound emission step of radiating ultrasound to the implant simultaneously or sequentially (S40); A third cleaning step of cleaning the implant with ethanol, and a fourth ultrasound emission step of radiating ultrasound to the implant simultaneously or sequentially (S50); And drying the implants (S60). ≪ IMAGE >

Description

3D 프린팅된 임플란트의 세정방법{CLEANING METHOD OF 3 DIMENSIONAL PRINTED IMPLANT}CLEANING METHOD OF 3 DIMENSIONAL PRINTED IMPLANT [0002]

본 발명은 임플란트의 세정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3D 프린팅으로 제조된 임플란트의 특성에 맞는 세정방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of cleaning an implant, and more particularly, to a method of cleaning an implant according to characteristics of an implant manufactured by 3D printing.

티타늄과 그 합금은 기계적 특성과 생체 적합성의 특이한 조합으로 인해 지난 수십 년간 의료 업계에서 임플란트 물질로 널리 이용되어 왔다. 최근 3D 프린터의 발달로 임플란트를 3D 프린터로 제조하는 기술들이 나왔는데, 대한민국 특허 등록 제1539089호 및 대한민국 특허 공개 제10-2016-0128236호에서는 특히 3D 프린터를 이용하여 제조된 임플란트를 개시하고 있다.Titanium and its alloys have been widely used as implant materials in the medical industry for decades due to the unique combination of mechanical properties and biocompatibility. Recent developments of 3D printers have resulted in technologies for manufacturing implants into 3D printers. Korean Patent Registration No. 1539089 and Korean Patent Application No. 10-2016-0128236 disclose an implant manufactured using a 3D printer.

한편 종래 기계적 가공을 통해 티타늄 또는 그 합금으로 제조된 임플란트의 표면처리방법에 대해서는 대한민국 특허 출원 제2004-0034918호 등에서 개시하고 있는데 이는 기계적으로 가공된 임플란트를 에칭하여 골유착도를 높이기 위해서 불산 등의 산(acid)을 이용하고 있음을 개시하고 있다.Meanwhile, Korean Patent Application No. 2004-0034918 discloses a surface treatment method of an implant made of titanium or its alloy through mechanical machining. In order to improve the degree of osseointegration of the mechanically processed implant, An acid is used.

그러나 최근 3D 프린터에 의하여 제조된 임플란트는 용융되거나 용융되지 않은 금속 분말이 다공성 구조 내부에 잔존하여 문제되므로 세정의 필요성이 있고, 프린팅된 임플란트의 다공성 구조가 세포 성장과 확산의 비계(scaffold)로서 작용하는 것을 고려하면 종래와 같은 에칭 방식의 후처리공정이 세정방법으로 이용되기에는 적합하지 않다. 따라서 3D 프린팅된 임플란트의 특성을 고려한 세정방법에 대한 연구의 필요성이 대두된다.However, in recent years, implants manufactured by 3D printers have a problem in that metal powder that is melted or not melted remains in the porous structure, and therefore there is a need for cleaning, and the porous structure of the printed implants functions as a scaffold for cell growth and diffusion The post-treatment process of the conventional etching method is not suitable for use as a cleaning method. Therefore, it is necessary to study the cleaning method considering the characteristics of 3D - printed implants.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 기해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3D 프린팅된 임플란트의 다공성 구조의 표면에 용융되거나 용융되지 않은 잔류 금속 분말을 제거할 수 있는 세정방법을 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide a cleaning method capable of removing residual metal powder that has not been melted or melted on the surface of a porous structure of a 3D-printed implant.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 3D 프린팅에 기반하여 다공성 구조를 갖는 임플란트를 제조하는 프린팅 단계(S10); 임플란트를 탈이온수(DIW)로 세정하는 제1 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제1 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S20); 산 혼합물을 이용하여 임플란트의 표면을 에칭하는 에칭 단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제2 초음파 방사 단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S30); 임플란트를 탈이온수로 세정하는 제2 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제3 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S40); 임플란트를 에탄올로 세정하는 제3 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제4 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S50); 및 임플란트를 건조하는 단계(S60)를 포함하는 3D 프린팅된 임플란트의 세정 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an implant, comprising: printing (S10) an implant having a porous structure based on 3D printing; (S20) simultaneously or sequentially performing a first cleaning step of cleaning the implant with deionized water (DIW) and a first ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant; (S30) simultaneously or sequentially performing an etching step of etching the surface of the implant using an acid mixture and a second ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant; A second cleaning step of cleaning the implant with deionized water and a third ultrasound emission step of radiating ultrasound to the implant simultaneously or sequentially (S40); A third cleaning step of cleaning the implant with ethanol, and a fourth ultrasound emission step of radiating ultrasound to the implant simultaneously or sequentially (S50); And a step (S60) of drying the implants. ≪ IMAGE >

프린팅 단계에서, 3D 프린팅은 금속 분말을 용융시켜 적층하는 것일 수 있다.In the printing step, 3D printing may be to melt and laminate the metal powder.

프린팅 단계에서, 3D 프린팅은 선택적 레이저 용융(selective laser melting) 타입 또는 선택적 전자빔 용융(selective electron beam melting) 타입일 수 있다.In the printing step, the 3D printing may be of the selective laser melting type or the selective electron beam melting type.

에칭 단계에서, 산 혼합물은, 1 ~ 10 중량부의 불산과 4 ~ 20 중량부의 질산이 혼합된 것일 수 있다.In the etching step, the acid mixture may be a mixture of 1 to 10 parts by weight of hydrofluoric acid and 4 to 20 parts by weight of nitric acid.

한편, 프린팅 단계와 제1 세정단계 사이에는, 임플란트에 샌드 블라스트(sand blast) 처리를 수행하는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, between the printing step and the first cleaning step, a step (S15) of performing a sandblast treatment on the implant may be further included.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 3D 프린팅된 임플란트의 다공성 구조의 표면에 용융되거나 용융되지 않은 잔류 금속 분말을 제거할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, the residual metal powder that is melted or not melted on the surface of the porous structure of the 3D-printed implant can be removed.

도 1은 본 발명인 3D 프린팅된 임플란트의 세정방법 일 실시예를 순차적으로 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 3D 프린팅된 임플란트의 다공성 구조 표면에 잔류하는 금속분말을 세정전(도 2)과 세정후(도 3)를 비교한 사진을 나타낸 도면들이다.FIG. 1 is a view sequentially illustrating an embodiment of a method of cleaning a 3D-printed implant according to the present invention,
FIGS. 2 and 3 are photographs showing a comparison between the metal powder remaining on the surface of the porous structure of the 3D-printed implant before cleaning (FIG. 2) and after cleaning (FIG. 3).

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

3D 3D 프린팅된Printed 임플란트의 세정방법 Implant cleaning method

3D 프린팅(3 Dimensional Printing)된 임플란트의 세정방법은 다공성 구조 표면에 잔류하는 티타늄 또는 그 합금(Ti6Al4V 등)의 금속 분말을 제거하는 구체적인 공정을 제공한다. The cleaning method of 3D printing (3 Dimensional Printing) provides a specific process for removing the metal powder of titanium or its alloy (such as Ti 6 Al 4 V) remaining on the surface of the porous structure.

도 1은 본 발명인 3D 프린팅된 임플란트의 세정방법 일 실시예를 순차적으로 나타낸 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.FIG. 1 is a view sequentially illustrating an embodiment of a method of cleaning a 3D-printed implant according to the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

우선 3D 프린팅에 기반하여 다공성 구조를 갖는 임플란트를 제조한다(S10).First, an implant having a porous structure is manufactured based on 3D printing (S10).

여기서 임플란트의 다공성 구조는 균일한 격자구조일 수 있다. 격자구조는 불규칙적 다공구조나 체적소재에 비해 비강도(specific strength) 및 비강성(specific stiffness)이 우수하여 초경량 구조재료로서 적용될 수 있을 뿐만 아니라 외부의 충격하중을 내부구조가 흡수하는 충격에너지 흡수능이 우수하며 무엇보다 인체와의 결합을 견고히 하는 역할을 할 수 있다. 격자구조를 갖는 임플란트는 금속 분말을 용융시켜 적층하는 방식으로 형성될 수 있으며 선택적 레이저 용융 타입 또는 선택적 전자빔 용융 타입으로 형성될 수 있다. Here, the porous structure of the implant may be a uniform lattice structure. The lattice structure is excellent in specific strength and specific stiffness compared to irregular multi-tool jaws and volume materials, and can be applied not only as an ultra lightweight structural material but also as an impact energy absorbing ability that absorbs an external impact load Above all, it can play a role of strengthening the bond with the human body. An implant having a lattice structure can be formed by melting and laminating metal powders and can be formed into a selective laser melting type or a selective electron beam melting type.

그리고 프린팅 단계에서, 3D 프린팅은 금속 분말을 용융시켜 적층하는 데 이를 위해 선택적 레이저 용융(selective laser melting) 타입 또는 선택적 전자빔 용융(selective electron beam melting) 타입의 프린팅 방식을 이용할 수 있다.In the printing step, 3D printing is performed by melting and laminating the metal powder. For this purpose, a selective laser melting type or a selective electron beam melting type printing method can be used.

다음, 임플란트를 탈이온수(DeIonized Water, DIW)로 세정하는 제1 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제1 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다(S20). S20은 화학적 제거 전에 1차적으로 잔류 금속 분말을 제거하는 단계이다.Next, a first cleaning step of cleaning the implant with deionized water (DIW) and a first ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant may be performed simultaneously or sequentially (S20). S20 is a step of removing the residual metal powder primarily before the chemical removal.

다음, 산 혼합물을 이용하여 임플란트의 표면을 에칭하는 에칭 단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제2 초음파 방사 단계가 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다(S30). 에칭 단계에서, 산 혼합물은, 1 ~ 10 중량부의 불산과 4 ~ 20 중량부의 질산이 혼합된 혼합액이다. 산 혼합물의 혼합액 비율에 기반하여 임플란트가 격자구조를 유지하면서 표면의 잔류 금속 분말을 균일하게 에칭시킬 수 있도록 작용한다.Next, an etching step of etching the surface of the implant using the acid mixture and a second ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasonic wave to the implant may be performed simultaneously or sequentially (S30). In the etching step, the acid mixture is a mixture of 1 to 10 parts by weight of hydrofluoric acid and 4 to 20 parts by weight of nitric acid. Acid mixture, the implant acts to uniformly etch the remaining metal powder on the surface while maintaining the lattice structure.

다음, 임플란트를 탈이온수로 세정하는 제2 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제3 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다(S40). 제 세정단계는 산 혼합물의 에칭 부산물을 제거하는 단계이다.Next, a second cleaning step of cleaning the implant with deionized water and a third ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant may be performed simultaneously or sequentially (S40). The rinsing step is to remove the etching by-product of the acid mixture.

다음, 임플란트를 에탄올로 세정하는 제3 세정단계와 임플란트에 초음파를 방사하는 제4 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다(S50).Next, a third cleaning step of washing the implant with ethanol and a fourth ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant may be performed simultaneously or sequentially (S50).

마지막으로 임플란트를 건조함으로써(S60) 3D 프린팅된 임플란트의 세정 방법의 일 실시예가 수행될 수 있다.Finally, one embodiment of the method of cleaning the 3D-printed implant by drying the implant (S60) may be performed.

한편, 프린팅 단계와 제1 세정단계 사이에는, 임플란트에 샌드 블라스트(sand blast) 처리를 수행하는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다. 샌드 블라스 처리는 가는 모래를 압축공기로 뿜어 임플란트의 표면을 깨끗하게 하는 공법으로서 임플란트의 격자 구조의 포러서티(porisity)가 큰 경우에 적용될 수 있다.Meanwhile, between the printing step and the first cleaning step, a step (S15) of performing a sandblast treatment on the implant may be further included. Sandblasting is a method of cleaning the surface of implants by blowing fine sand with compressed air, which can be applied when the porosity of the lattice structure of the implant is large.

도 2 및 도 3은 3D 프린팅된 임플란트의 다공성 구조 표면에 잔류하는 금속분말을 세정전(도 2)과 세정후(도 3)를 비교한 사진을 나타낸 도면들이다. 본 실시예는 전술한 바와 같은 잔류 금속 분말을 제거로 균일한 크기를 갖는 격자 구조를 형성할 수 있고, 이를 통해 임플란트의 금속적 구조 특성을 강화하고 인체 적합성 및 인체 결합성을 키울 수 있도록 작용한다.FIGS. 2 and 3 are photographs showing a comparison between the metal powder remaining on the surface of the porous structure of the 3D-printed implant before cleaning (FIG. 2) and after cleaning (FIG. 3). The present embodiment can form a lattice structure having a uniform size by removing the residual metal powder as described above, thereby enhancing the metallic structural characteristics of the implant and enhancing human fitness and human body binding properties .

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. In addition, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description. Also, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (5)

티타늄 또는 그 합금의 금속 분말을 용융하여 적층하는 3D 프린팅에 기반하여 다공성 격자 구조를 갖는 임플란트를 제조하는 프린팅 단계(S10);
상기 임플란트를 탈이온수(DIW)로 세정하는 제1 세정단계와 상기 임플란트에 초음파를 방사하는 제1 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S20);
산 혼합물을 이용하여 상기 임플란트의 표면을 에칭하는 에칭 단계와 상기 임플란트에 초음파를 방사하는 제2 초음파 방사 단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S30);
상기 임플란트를 탈이온수로 세정하는 제2 세정단계와 상기 임플란트에 초음파를 방사하는 제3 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S40);
상기 임플란트를 에탄올로 세정하는 제3 세정단계와 상기 임플란트에 초음파를 방사하는 제4 초음파 방사단계가 동시 또는 순차적으로 수행되는 단계(S50); 및
상기 임플란트를 건조하는 단계(S60)를 포함하고,
상기 프린팅 단계에서,
상기 3D 프린팅은 선택적 레이저 용융 타입 또는 선택적 전자빔 용융 타입인 것이며,
상기 에칭 단계에서,
상기 산 혼합물은, 1 ~ 10 중량부의 불산과 4 ~ 20 중량부의 질산이 혼합된 것을 특징으로 하는 3D 프린팅된 임플란트의 세정 방법.
(S10) for manufacturing an implant having a porous lattice structure based on 3D printing in which metal powder of titanium or its alloy is melted and laminated;
(S20) simultaneously or sequentially performing a first cleaning step of cleaning the implant with deionized water (DIW) and a first ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant;
(S30) simultaneously or sequentially performing an etching step of etching the surface of the implant using an acid mixture and a second ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant;
A second cleaning step of cleaning the implant with deionized water and a third ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant simultaneously or sequentially (S40);
(S50) simultaneously or sequentially performing a third cleaning step of cleaning the implant with ethanol, and a fourth ultrasonic wave radiating step of radiating ultrasound to the implant. And
And drying the implant (S60)
In the printing step,
Wherein the 3D printing is an optional laser melting type or a selective electron beam melting type,
In the etching step,
Wherein the acid mixture is mixed with 1 to 10 parts by weight of hydrofluoric acid and 4 to 20 parts by weight of nitric acid.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 프린팅 단계와 상기 제1 세정단계 사이에는,
상기 임플란트에 샌드 블라스트(sand blast) 처리를 수행하는 단계(S15)를 더 포함하는 것인 3D 프린팅된 임플란트의 세정 방법.The method according to claim 1,
Between the printing step and the first cleaning step,
Further comprising the step of: (S15) performing a sand blast treatment on the implant.
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