KR102115229B1

KR102115229B1 - 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법

Info

Publication number: KR102115229B1
Application number: KR1020180070825A
Authority: KR
Inventors: 김강민; 김건희; 이병수; 김형균; 권오형; 정경환; 김원래; 함민지; 김경훈; 이창우
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2020-05-27
Also published as: KR20200003315A; US20190388970A1; CN110614372A; CN110614372B

Abstract

본 발명의 일 실시예는 단일 공정의 적층성형을 통하여 모재 층 및 다공성 영역을 가지는 곡면 다공성 부품을 제조하는 방법을 제공하여 제품 제조시 제조시간을 단축할 수 있고, 다공성 영역의 형상 및 크기를 제어할 수 있는 다공성 부품을 제공할 수 있으며, 상기 다공성 부품을 포함하는 임플란트 제품은 골 접촉율이 증대되어 제품 사이의 골 성장이 향상되고, 환자 개개인의 골격에 맞는 제품을 용이하게 디자인할 수 있는 효과가 있다.

Description

단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법 {One-step manufacturing method of laminated molding porous component which has curved surface}

본 발명은 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임플란트 제품의 골 접촉율 증대를 위한 다공성 부품의 제조에 적층성형 기술을 이용하여 단일 공정으로 모재 층 및 다공성 영역을 가지는 곡면 다공성 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

임플란트는 생체조직의 결손을 보완하기 위해 인공재료 혹은 천연재료를 결손부에 이식하여 형태의 재건 또는 기능을 대행시킬 때에 사용되는 재료를 지칭한다. 일반적으로 치과나 정형외과에서 사용하는 인체 경조직 대체용 생체재료를 지칭하며, 1960년대 중반 이후로 치과용 임플란트에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

임플란트 소재로서 높은 강도와 경도를 가지면서도 생체 독성이 적은 금속소재를 선택하게 된다. 특히 티타늄 및 티타늄 합금은 생체적합성이 뛰어난 소재로서, 주변 조직에 대하여 양호한 생체친화성을 보일 뿐만 아니라 부식에 대한 저항이 크고 생체에 대한 독성이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 이유로 임플란트 연구 초기에는 단순히 티타늄 또는 티타늄 합금을 기계 가공하여 임플란트로서 사용하였다.

임플란트는 기존 생체조직과의 접합성이 해결되어야 결손부에 이식이 가능하고, 이를 위하여 표면에 생체조직 접착물질을 코팅하는 경우가 대부분이었다. 특히 골 조직의 신속한 재생을 유도하는 접착물질로서 골 시멘트(bone cement)는 교통사고 등으로 인하여 흔히 발생하는 정형외과 영역의 복합골절 복원과 인공관절 수술 등에서 이용되어 왔고, 치과에서는 재생 불량의 치아 상아질 복원에 이용되어 왔다.

그러나 표면에 코팅된 생리활성물질은 용해 속도가 지나치게 빠르고, 코팅 공정에서 발생되는 높은 온도로 인하여 코팅된 물질의 효과를 기대하기 어려우며, 코팅 층에서 떨어져 나온 이물질 등이 골 결합을 방해하거나 염증을 일으키는 등의 부작용을 유발할 수 있다는 보고가 있다.

이를 해결하기 위하여 시멘트 없이도 골 성장을 향상시킬 수 있도록 임플란트 제품의 표면에 다공성 구조체를 코팅하는 방법이 제안되었으며, 이를 활용한 제품들이 출시되고 있다.

그러나 이 역시 임플란트 제품과 다공성 구조체 간의 접착이 문제가 되고, 또한 별도의 다공성 구조체를 제조하여 임플란트에 부착하는 공정이 추가되어야 하므로 생산성을 떨어뜨리고 임플란트 제품의 단가를 상승시키는 요인이 되고 있다.

최근 활발히 연구되고 있는 3D 프린팅 기술은 상기한 문제를 해결할 수 있는 수단이 될 수 있다. 임플란트 소재로서 널리 사용되는 티타늄 등 금속 소재를 3D 프린팅 기술을 이용하여 적층성형 하는 것이 가능하므로, 이를 이용한 새로운 임플란트 제품의 개발이 가능하다고 할 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일 공정의 적층성형을 통하여 모재 층 및 다공성 영역을 가지는 곡면 다공성 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 곡면 다공성 부품을 포함하는 제품 제조시 공정시간을 단축하고 다공성 영역의 형상 및 크기를 제어하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 금속입자를 적층하는 단계; 상기 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제1모재 층을 형성하는 단계; 상기 제1모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제1다공성 영역을 형성하는 단계; 상기 제1모재 층 및 상기 제1다공성 영역 상에 상기 금속입자와 동일한 금속입자를 적층하는 단계; 상기 제1모재 층 상에 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제2모재 층을 형성하는 단계; 및 상기 제2모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제2다공성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2모재 층 곡면 테두리의 길이는 상기 제1모재 층 곡면 테두리의 길이보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저 조사 점은 상기 제1다공성 영역의 레이저 조사 점과 겹치지 않게 배열되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속입자는 티타늄(Ti), 티타늄(Ti)계 합금, 코발트(Co), 코발트(Co)계 합금, 니켈(Ni), 니켈(Ni)계 합금, 지르코늄(Zr), 지르코늄(Zr)계 합금, 바륨(Ba), 바륨(Ba)계 합금, 마그네슘(Mg), 마그네슘(Mg)계 합금, 바나듐(V), 바나듐(V)계 합금, 철(Fe), 철(Fe)계 합금 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1모재 층을 형성하는 단계 및 상기 제2모재 층을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이상의 에너지를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1다공성 영역 및 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이하의 범위에서 상기 완전 용융 에너지의 0.2배 이상의 에너지를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1다공성 영역을 형성하는 단계 및 상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 점 간격(point distance)은 상기 레이저 조사 점의 직경(D)보다 큰 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 조사 점의 직경(D)은 상기 레이저의 소스 파워 및 노출 시간에 비례하고, 상기 노출 시간은 상기 레이저의 스캔 속도에 반비례하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저의 소스 파워는 50W 내지 1KW이고 스캔 속도는 0.1m/s 내지 8 m/s인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 점 간격(point distance)은 100 내지 1000㎛인 것일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 상기 방법으로 제조된 적층성형 곡면 다공성 부품을 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 다공성 부품을 포함하는 골 접촉율이 증대된 임플란트를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단일 공정으로 적층성형 하여 제품 제조시 제조시간을 단축할 수 있고, 다공성 영역의 형상 및 크기를 제어할 수 있는 곡면 다공성 부품을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 곡면 다공성 부품을 포함하는 임플란트 제품은 골 접촉율이 증대되어 제품 사이의 골 성장이 향상되고, 환자 개개인의 골격에 맞는 제품을 용이하게 디자인할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 곡면 다공성 부품의 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 곡면 다공성 부품의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모재 층을 형성할 때 레이저 조사 방식을 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 다공성 영역을 형성할 때 레이저 조사 방식을 나타낸 그림이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하, 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법에 대하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예는 금속입자를 적층하는 단계(S100); 상기 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제1모재 층을 형성하는 단계(S200); 상기 제1모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제1다공성 영역을 형성하는 단계(S300); 상기 제1모재 층 및 상기 제1다공성 영역 상에 상기 금속입자와 동일한 금속입자를 적층하는 단계(S400); 상기 제1모재 층 상에 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제2모재 층을 형성하는 단계(S500); 및 상기 제2모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제2다공성 영역을 형성하는 단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법을 제공한다.

본 발명의 곡면 다공성 부품은 반구처럼 바닥면에서 위로 갈수록 단면적이 점점 좁아지는 형태이거나, 원기둥처럼 바닥면에서 위로 갈수록 단면적이 동일한 형태일 수 있다. 상기 곡면 다공성 부품의 형태가 이에 제한되는 것은 아니고, 바닥면에서 위로 갈수록 단면적이 감소하거나 동일한 형태이면 되고, 테두리의 형테에 제한이 있는 것은 아니다. 테두리의 형태는 곡면일 수 있고, 여러 개의 직선으로 이루어진 다각형이나 별형이어도 성형가능하다. 다만 단면적이 위로 갈수록 넓어지는 형태는 이를 뒤집어서 위로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 가공해야 가공성이 좋아진다. 단면적이 넓어졌다 좁아졌다를 반복하는 복잡한 형상의 경우 가공성이 떨어진다.

상기 제2모재 층 곡면 테두리의 길이는 상기 제1모재 층 곡면 테두리의 길이보다 작거나 같을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 곡면 다공성 부품의 종단면도이다. 예시적으로 반구 형태의 다공성 부품의 종단면을 나타낸 것이며, 제1모재 층(210) 상에 제2모재 층(220)이 형성되어 있다. 제1모재 층(210)의 테두리 외면에는 제1다공성 영역(230)이 위치하며, 제2모개 층(220)의 테두리 외면에는 제2다공성 영역(240)이 위치한다. 이해를 돕기 위해 제1모재 층(210) 및 제2모재 층(220)의 두께는 실제보다 두껍게 도시되어 있다. 또한 제1다공성 영역(230) 및 제2다공성 영역(240)의 두께 역시 실제보다 두껍게 도시되어 있다.

금속입자를 적층한 다음 레이저를 조사하여 제1모재층(210)을 먼저 형성하고, 그 테두리 외면에 제1다공성 영역(230)을 형성한 다음, 금속입자를 제1모재층과 제1다공성 영역 상에 다시 적층하고 레이저를 조사하여 제2모재층(220)을 형성하고, 그 테두리 외면에 제2다공성 영역(240)을 형성하는 것이다.

상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저 조사 점은 상기 제1다공성 영역의 레이저 조사 점과 겹치지 않게 배열되는 것일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 곡면 다공성 부품의 횡단면도이다. 예시적으로 반구 형태의 다공성 부품의 횡단면을 나타낸 것이며, 제1모재 층(310) 상에 제2모재 층(320)이 형성되어 있다. 제1모재 층(310)의 테두리 외면에는 제1다공성 영역(330)이 위치하며, 제2모개 층(320)의 테두리 외면에는 제2다공성 영역(340)이 위치한다. 이해를 돕기 위해 제1모재 층(310) 및 제2모재 층(320)의 두께차이 및 제1다공성 영역(330) 및 제2다공성 영역(340)의 크기는 실제보다 크게 도시되어 있다.

상기 제1다공성 영역(330)은 상기 제1모재 층(310) 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 형성된다. 상기 제2다공성 영역(340)은 상기 제2모재 층(320) 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이 제2다공성 영역(340)의 레이저 조사 점은 제1다공성 영역(330)의 레이저 조사 점과 겹치지 않게 배열되어 있다. 겹치지 않는 배열로 인하여 다공성 구조를 형성할 수 있으며, 레이저 조사 점이 겹치지는 않더라도 제1다공성 영역(330)과 제2다공성 영역(340)이 서로 접하고 있는 형태가 가능하다. 서로 접하고 있는 구조가 오히려 연속적인 다공성 영역을 형성하여 강도 확보에 유리하다.

상기 금속입자는 티타늄(Ti), 티타늄(Ti)계 합금, 코발트(Co), 코발트(Co)계 합금, 니켈(Ni), 니켈(Ni)계 합금, 지르코늄(Zr), 지르코늄(Zr)계 합금, 바륨(Ba), 바륨(Ba)계 합금, 마그네슘(Mg), 마그네슘(Mg)계 합금, 바나듐(V), 바나듐(V)계 합금, 철(Fe), 철(Fe)계 합금 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

특히 티타늄 및 티타늄계 합금은 생체적합성이 뛰어난 소재로서, 주변 조직에 대하여 양호한 생체친화성을 보일 뿐만 아니라 부식에 대한 저항이 크고 생체에 대한 독성이 거의 없는 것으로 알려져 있어 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 전술한 금속입자들을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 제1모재 층을 형성하는 단계 및 상기 제2모재 층을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이상의 에너지를 갖는 것일 수 있다.

상기 제1다공성 영역 및 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이하의 범위에서 상기 완전 용융 에너지의 0.2배 이상의 에너지를 갖는 것일 수 있다.

완전 용융 에너지에 대해 더 큰 에너지가 상기 금속입자에 제공되는 경우, 상기 금속입자가 완전 용융 되어 고밀도화될 수 있다. 그리고 더 작은 에너지가 상기 금속입자에 제공되는 경우, 상기 금속입자는 고밀도화되지 못하고 다공성으로 형성될 수 있다.

즉, 본 발명에서 모재 층과 다공성 영역을 형성함에 있어서 모재 층은 완전 용융 에너지 이상의 에너지를 투입하여 고밀도화하고, 다공성 영역은 완전 용융 에너지 이하의 범위에서 완전 용융 에너지의 0.2배 이상의 에너지를 투입하여 다공성으로 형성할 수 있는 것이다. 여기서 다공성은 레이저 조사 점을 형성할 때 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하는 것과는 별개로 다공성 구조를 형성하는 다른 원인이 된다. 상기 레이저가 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 0.2배 미만의 에너지를 가지면 금속 입자가 전혀 용융되지 않아 성형할 수 없으므로 바람직하지 않다.

상기 제1다공성 영역을 형성하는 단계 및 상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 점 간격(point distance)은 상기 레이저 조사 점의 직경(D)보다 큰 것일 수 있다.

도 4 및 도 5를 참고하면 본 발명에서 레이저가 조사되는 방식을 알 수 있다. 도 4는 일반적인 적층성형에서의 레이저 조사 방식이다. 본 발명에서는 모재 층에 도 4와 같은 방식으로 레이저를 조사하게 된다. 레이저 조사 점의 직경(D)보다 점 간격(PD, point distance)이 작아지면서 레이저 조사 점의 일부가 겹치게 된다. 도 5는 본 발명에서 다공성 영역을 형성할 때 레이저가 조사되는 방식으로 직경(D)보다 점 간격(PD, point distance)이 커지면서 레이저 조사 점간에 겹치는 부분이 없게 된다. 따라서 레이저 조사 점에서만 금속입자의 용융이 일어나고 다공성 구조가 형성되는 것이다.

상기 레이저 조사 점의 직경(D)은 상기 레이저의 소스 파워 및 노출 시간에 비례하고, 상기 노출 시간은 상기 레이저의 스캔 속도에 반비례하는 것일 수 있다.

상기 레이저의 소스 파워는 50W 내지 1KW이고 스캔 속도는 0.1m/s 내지 8 m/s인 것일 수 있다.

여기서 소스 파워와 스캔 속도의 조건은 상기 금속입자의 종류 및 형성하고자 하는 다공성 영역의 구조에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 순수 티타늄의 경우 고밀도 성형이 필요한 모재 층의 경우 단위 입방밀리미터당 5.5 내지 6.5 J 이상의 에너지가 제공되어야 하고, 이는 스캔 속도가 0.25 m/s인 조건에서 소스 파워가 100W이상인 범위에서 달성될 수 있다.

다공성 영역을 형성할 때는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이하의 에너지가 조사될 수 있으므로 같은 스캔 속도에서 소스 파워를 낮출 수 있다. 또한 레이저 조사 점 간격을 크게 하기 위해 소스 파워를 유지하면서 스캔 속도를 높이는 것도 가능하다. 다만 스캔속도가 너무 높아지면 레이저의 노출 시간이 짧아지고 레이저 조사 점의 직경이 너무 작아질 수 있으므로 상기한 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.

상기 점 간격(point distance)은 100 내지 1000㎛인 것일 수 있다. 100㎛ 미만인 경우 이보다 작게 형성되어야 하는 레이저 조사 점의 직경(D)이 너무 작아져 가공성이 떨어지는 문제가 있고, 1000㎛를 초과하는 경우 레이저 조사 점의 직경(D)이 그만큼 커져야 다공성 영역의 형성이 가능하고 이를 위해서는 레이저 소스 파워가 증가되어야 하므로 바람직하지 않다. 또한 1000㎛를 초과하는 경우 생성된 다공성 영역의 비표면적이 작아지는 문제도 있다.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 적층성형 곡면 다공성 부품을 제공한다. 본 발명에 따른 적층성형 곡면 다공성 부품은 모재 층과 다공성 영역이 일체로 되어 있어 기존 다공성 코팅을 사용하는 부품보다 제조시간이 단축되고 제조 공정이 간단해지는 장점이 있다.

본 발명은 또한 상기 다공성 부품을 포함하는 골 접촉율이 증대된 임플란트를 제공한다. 본 발명에 따른 다공성 부품은 표면에 100 내지 1000㎛의 직경을 갖는 기공을 무수히 포함하고 있어 기존 골 시멘트 등의 생체조직 접합물질을 사용하는 임플란트 제품에 비하여 골 접촉율 및 골 성장이 향상되고 다공성 영역이 일체로 형성되어 있어 강도 및 내구성 등에서 더욱 우수한 임플란트 제품을 제공할 수 있다.

이하, 바람직한 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 이는 단지 예시적인 것임을 밝혀둔다.

<실시예>

순수 티타늄 입자를 적층하고 스캔 속도 0..5 m/s, 소스 파워 200W인 조건에서 레이저를 조사하여 원형의 제1모재 층을 형성하였다. 상기 제1모재 층 둘레에 적층되어 있는 순수 티타늄 입자에 70㎛의 직경을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격 350㎛로 조절하여 레이저를 조사하여 제1다공성 영역을 형성하였다. 제1모재 층 및 제1다공성 영역 상에 다시 순수 티타늄 입자를 적층하고 제1모재 층과 같은 조건으로 레이저를 조사하여 원형의 제2모재 층을 형성하였다. 제2 모재 층의 지름은 제1모재 층보다 50㎛작게 형성하였다. 상기 제2모재 층 둘레에 적층되어 있는 순수 티타늄 입자에 70㎛의 직경을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격 350㎛로 조절하여 레이저를 조사하여 제2다공성 영역을 형성하였다.

하기 <표 1>은 상기 실시예에서 각각 제1다공성 영역 및 제2다공성 영역을 형성할 때의 레이저 조사 조건을 나타낸 것이다.

구 분		스캔 속도 (m/s)	소스 파워 (W)	노출 시간 (μs)
실시예	제1다공성 영역	0.875	200	400
실시예	제2다공성 영역	0.875	200	400

본 발명에 따른 곡면 다공성 부품 제조방법을 통하여 다공성 영역을 형성할 때 금속입자의 종류 및 목표로 하는 곡면 다공성 영역의 구조에 따라 스캔 속도, 소스 파워 및 노출 시간 등의 레이저 조사 조건을 설정함으로써 환자 개개인의 골격에 맞는 임플란트 제품을 용이하게 디자인할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

210, 310 : 제1모재 층
220, 320 : 제2모재 층
230, 330 : 제1다공성 영역
240, 340 : 제2다공성 영역

Claims

금속입자를 적층하는 단계;
상기 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제1모재 층을 형성하는 단계;
상기 제1모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제1다공성 영역을 형성하는 단계;
상기 제1모재 층 및 상기 제1다공성 영역 상에 상기 금속입자와 동일한 금속입자를 적층하는 단계;
상기 제1모재 층 상에 적층된 금속입자에 레이저를 조사하여 금속입자의 용융 및 냉각을 반복하여 곡면 테두리를 갖는 제2모재 층을 형성하는 단계; 및
상기 제2모재 층 곡면 테두리 외면에 적층되어 있는 금속입자에 일정한 직경(D)을 갖는 레이저 조사 점을 형성하도록 점 간격(point distance)을 조절하면서 레이저를 조사하여 제2다공성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저 조사 점은 상기 제1다공성 영역의 레이저 조사 점과 겹치지 않게 배열되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1모재 층을 형성하는 단계 및 상기 제2모재 층을 형성하는 단계에서 상기 점 간격(point distance)은 상기 레이저 조사 점의 직경(D)보다 작은 것을 특징으로 하고,
상기 제1다공성 영역을 형성하는 단계 및 상기 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 점 간격(point distance)은 상기 레이저 조사 점의 직경(D)보다 큰 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제2모재 층 곡면 테두리의 길이는 상기 제1모재 층 곡면 테두리의 길이보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 금속입자는 티타늄(Ti), 티타늄(Ti)계 합금, 코발트(Co), 코발트(Co)계 합금, 니켈(Ni), 니켈(Ni)계 합금, 지르코늄(Zr), 지르코늄(Zr)계 합금, 바륨(Ba), 바륨(Ba)계 합금, 마그네슘(Mg), 마그네슘(Mg)계 합금, 바나듐(V), 바나듐(V)계 합금, 철(Fe), 철(Fe)계 합금 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1모재 층을 형성하는 단계 및 상기 제2모재 층을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이상의 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1다공성 영역 및 제2다공성 영역을 형성하는 단계에서 상기 레이저는 상기 금속입자의 완전 용융 에너지 이하의 범위에서 상기 완전 용융 에너지의 0.2배 이상의 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 레이저 조사 점의 직경(D)은 상기 레이저의 소스 파워 및 노출 시간에 비례하고, 상기 노출 시간은 상기 레이저의 스캔 속도에 반비례하는 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 레이저의 소스 파워는 50W 내지 1KW이고 스캔 속도는 0.1m/s 내지 8 m/s인 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 점 간격(point distance)은 100 내지 1000㎛인 것을 특징으로 하는 단일 공정 적층성형 곡면 다공성 부품 제조방법.
제1항에 따른 방법으로 제조된 적층성형 곡면 다공성 부품.
제11항에 따른 다공성 부품을 포함하는 골 접촉율이 증대된 임플란트.