KR20080055245A - Prosthetic and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

A prosthesis and a manufacturing method for the same are provided to manufacture a prosthesis by metal powder injection molding to have good durability and good treatment effects. A manufacturing method of a prosthesis includes the steps of: (S10) mixing metal powder, binder and polymer beads; (S20) molding a prosthesis molding body by injecting the metal powder, binder and polymer beads into a mold for prosthesis having a stem portion and a connection portion formed therein; (S30) removing a binder from the molded prosthesis molding body; (S40) removing the polymer by heating the prosthesis molding body at a thermal decomposition temperature; and (S50) sintering the prosthesis molding body at a sintering temperature.

Description

보철물과 이의 제조방법{Prosthetic and manufacturing method of the same}Prosthetics and its manufacturing method {Prosthetic and manufacturing method of the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고관절용 보철물을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a prosthesis for hip joints according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고관절용 보철물의 사용 상태를 도시한 도면이다.2 is a view showing a state of use of the prosthesis for hip joints according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 조직 구성을 나타낸 SEM(electron microscope) 사진이다.3 is an SEM image showing the structure of the prosthesis according to the embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the prosthesis according to the embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따라 금속 분말과 폴리머 비드를 혼합한 상태를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for exemplarily describing a state in which a metal powder and a polymer bead are mixed according to a manufacturing process of a prosthesis according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따른 공정적용 온도를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the process application temperature according to the manufacturing process of the prosthesis according to the embodiment of the present invention.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따라 소결 형성하였을 때를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.7A is a diagram for exemplarily illustrating a sintering process according to the manufacturing process of the prosthesis according to the embodiment of the present invention.

도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따라 소결 형성하였을 때 서로 결합된 공극이 발생한 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.7B is a diagram for exemplarily describing a case in which voids are bonded to each other when sintering is formed according to a manufacturing process of a prosthesis according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100...보철물100 ... prosthesis

110..줄기부110..The stem

120..연결부120. Connections

130...공극130 ... gap

본 발명은 보철물과 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보철물을 금속 분말 사출 성형으로 제조하도록 한 보철물과 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a prosthesis and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a prosthesis and a method for producing the prosthesis by metal powder injection molding.

인공관절과 같은 보철물은 관절염이나 골종양(骨腫瘍) 등으로 인하여 관절부의 뼈가 파괴되거나 관절손상을 입어 관절로서의 기능을 할 수 없게 된 경우에 그 관절을 절제하고 대신 사용되는 것이다. 이 인공관절은 관절구(關節臼)와 이에 적합한 관절두(關節頭:人工骨頭)를 짝지은 금속 또는 합성수지로 제조된다. Prosthetics such as artificial joints are used to relieve and replace the joints when the bones of the joints are destroyed or damaged due to arthritis or bone tumors. This artificial joint is made of metal or synthetic resin, which is paired with an arthroplasty and a suitable head.

이러한 인공관절과 같은 보철물의 재질은 주로 스테인리스, 코발트크롬, 티타륨, 티타늄 합금과 플라스틱 재질, 또는 금속 대 금속(metal on metal), 세라믹 대 세라믹(ceramic on ceramic) 그리고 세라믹 계열로 제작된 골 시멘트가 사용된다. 특히 골 시멘트는 뼈에 잘 부착되어 근래에 널리 사용되지만 잘 깨질 수 있다 는 단점을 가지고 있다. Prosthetic materials such as artificial joints are mainly made of stainless steel, cobalt chromium, titanium, titanium alloys and plastics, or bone cements made of metal on metal, ceramic on ceramic, and ceramics. Is used. In particular, bone cement is attached to bone well and is widely used in recent years, but has the disadvantage of being easily broken.

반면에 금속재질의 보철물은 잘 깨지지 않지만 외부 충격에 의하여 다른 부위의 뼈가 골절되거나, 뼈에 잘 부착되지 않는 문제점을 가지고 있다. 그리고 보철물이 뼈에 보다 잘 부착되도록 하기 위하여 보철물 표면에 다수의 홈을 형성하여 시술후 성장하는 뼈가 이 홈에 매팅(mating)되도록 함으로써 보철물의 시술 효율을 높이기도 한다.On the other hand, the prosthesis made of metal is not easily broken, but bones of other parts are fractured due to external impact or have a problem of not being attached to the bones well. In addition, in order for the prosthesis to be attached to the bone better, a plurality of grooves are formed on the surface of the prosthesis to increase the efficiency of prosthetic treatment by allowing the bones growing after the procedure to be mated in the grooves.

보철물에 대한 선행 기술로 포프(Pope) 등에 허여된 미국 등록특허번호 "6,517,583", "Prosthetic hip joint having a polycrystalline diamond compact articulation surface and a counter bearing surface" 가 있다. 상기 미국등록특허에서는 보철물의 착용성 향상, 마찰율의 감소, 사용수명의 장기화 등이 가능하다고 개시하고 있고, 또한 상기 미국 등록특허에서 보철물의 표면에는 시술후 뼈와 보철물의 효과적인 매팅(mating)을 위하여 홈(groove)이나 마루(ridge)부분을 형성하는 것을 개시하고 있다. Prior arts for prostheses include US Pat. No. 6,517,583, Prosthetic hip joint having a polycrystalline diamond compact articulation surface and a counter bearing surface, issued to Pope et al. The U.S. Patent Patent discloses that the wearability of the prosthesis is improved, the friction rate is reduced, and the service life is prolonged.In addition, in the U.S. Patent Registration, the surface of the prosthesis is effectively mated after bone and prosthesis. For this purpose, it is disclosed to form grooves or ridges.

그러나 상기 미국 등록특허에서와 같이 금속재질의 보철물의 경우 표면에 별도의 부착용 홈 등을 형성하여야만 뼈와의 부착력이 향상되기 때문에 부착력 향상의 한계가 있고, 또한 별도의 홈을 형성하기 위한 별도의 추가 제조공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 그리고 골 시멘트의 경우는 이미 언급한 바와 같이 내구성이 약하기 때문에 시술 후에 쉽게 파손되는 문제점이 있다.However, in the case of the US patent, the prosthesis of the metal material has a limitation of improving the adhesion force because the adhesion to the bone is improved only by forming a separate attachment groove on the surface, and additional addition for forming a separate groove. There is a problem that must go through the manufacturing process. And, in the case of bone cement, there is a problem that is easily broken after the procedure because the durability is weak as already mentioned.

본 발명은 시술후 인간의 뼈와의 매팅이 표면 내부까지 장기적으로 그리고 지속해서 이루어지도록 하고, 또한 우수한 내구성을 가지며 시술효과가 우수한 보철물로서 기능이 가능하도록 금속 분말 사출 성형으로 제조한 보철물과 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to produce a prosthesis prepared by metal powder injection molding so that the mating with the human bone after the procedure is made in the long term and continuously to the inside of the surface, and also capable of functioning as a prosthesis having excellent durability and excellent treatment effect. It is to provide a method.

본 발명에 따른 보철물은 줄기부와 연결부를 가지는 보철물에 있어서, 상기 줄기부와 연결부는 일체로 금속 분말 사출 성형되며 시술후 뼈와의 매팅(mating)을 위한 공극(porosity)을 구비한다.The prosthesis according to the present invention is a prosthesis having a stem and a connection portion, wherein the stem portion and the connection portion are integrally metal powder injection molded and have a porosity for mating with the bone after the procedure.

상기 줄기부와 연결부는 티타늄, 티타늄 합금 또는 알루미늄 합금 분말로 사출 성형될 수 있다. 상기 공극은 상기 금속 분말 사출 성형시에 상기 금속 분말과 혼합된 폴리머 비드가 열분해 되어 형성될 수 있다. 상기 공극은 불규칙한 크기와 불규칙한 분포로 형성될 수 있다.The stem portion and the connecting portion may be injection molded from titanium, titanium alloy or aluminum alloy powder. The voids may be formed by thermal decomposition of polymer beads mixed with the metal powder during the metal powder injection molding. The pores may be formed of irregular size and irregular distribution.

본 발명에 따른 보철물 제조방법은 금속 분말과 바인더와 폴리머 비드를 혼합하는 단계; 상기 금속 분말과 바인더와 폴리머 비드를 줄기부와 연결부가 형성된 보철물용 금형에 주입하여 보철물 성형체를 몰딩하는 단계; 상기 몰딩된 보철물 성형체에서 상기 바인더를 제거하는 단계; 상기 바인더가 제거된 상기 보철물 성형체를 열분해 온도로 가열하여 상기 폴리머를 제거하는 단계; 상기 바인더와 상기 폴리머가 제거된 상기 보철물 성형체를 소결 온도로 가열하여 소결하는 단계를 구비한다.Prosthesis manufacturing method according to the invention comprises the steps of mixing a metal powder, a binder and a polymer bead; Molding the prosthesis molded body by injecting the metal powder, the binder, and the polymer bead into a mold for the prosthesis having a stem and a connection part; Removing the binder from the molded prosthesis molded body; Heating the prosthesis molded body from which the binder is removed to a pyrolysis temperature to remove the polymer; And sintering the prosthesis molded body from which the binder and the polymer have been removed by heating to a sintering temperature.

상기 혼합하는 단계는 상기 금속 분말 45 ~ 85부피비, 상기 바인더 10 ~ 50부피비, 상기 폴리머 비드 5 ~ 30 부피비로 혼합될 수 있다. 상기 금속 분말은 티타늄, 티타늄 합금, 또는 스테인리스 합금 중의 어느 하나일 수 있다. 상기 바인더를 제거하는 단계는 150 ~ 200℃ 로 상기 보철물 성형체를 가열하여 열분해로 상기 바인더를 제거할 수 있다. 상기 바인더를 제거하는 단계는 용해제를 이용하여 상기 바인더를 제거할 수 있다. 상기 폴리머를 제거하기 위한 상기 열분해 온도는 500 ~ 700℃ 일 수 있고, 상기 소결 온도는 1,000 ~ 1,600℃ 일 수 있다.The mixing step may be mixed in the metal powder 45 ~ 85 volume ratio, the binder 10 ~ 50 volume ratio, the polymer beads 5 ~ 30 volume ratio. The metal powder may be any one of titanium, titanium alloy, or stainless alloy. Removing the binder may heat the prosthesis molded body at 150 to 200 ° C. to remove the binder by pyrolysis. Removing the binder may remove the binder using a solvent. The pyrolysis temperature for removing the polymer may be 500 to 700 ° C., and the sintering temperature may be 1,000 to 1,600 ° C.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 실시예에서는 보철물의 한 종류인 고관절 인공관절을 실시예로 하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following embodiment, a hip joint, which is a kind of prosthesis, will be described as an embodiment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보철물을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 사용 상태를 도시한 도면이다.1 is a perspective view showing a prosthesis according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a state of use of the prosthesis according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 보철물은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 시술시 대퇴골(femur; 10)에 삽입되는 줄기부(110)와 이 줄기부(110)의 상단에 소정각도로 꺾여서 형성되는 연결부(120)를 구비한다. 연결부(120)에는 금속 또는 세라믹 재질로 된 볼(30)이 연결되며 이 볼(30)은 골반(pelvis; 11)에 설치된 소켓(20)에 연결된다. Prosthesis according to an embodiment of the present invention is formed by bending at a predetermined angle on the top of the stem portion 110 and the stem portion 110 is inserted into the femur (femur; 10) during the procedure as shown in Figures 1 and 2 It is provided with a connecting portion 120. The connection part 120 is connected to a ball 30 made of metal or ceramic material, and the ball 30 is connected to a socket 20 installed in the pelvis 11.

또한 보철물(100)은 표면 및 조직자체에 수많은 공극(porosity; 130)이 형성된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 조직 구성을 나타낸 SEM(electron microscope) 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이 보철물(100)에 형성된 공극(130) 은 그 크기와 분포가 매우 불규칙하게 형성되어 있다. 이러한 공극(130)은 보철물(100)의 시술 후 대퇴골(170)의 뼈와 보철물(100)의 매팅(mating)이 효과적으로 이루어지도록 하여 보철물(100)과 뼈의 부착력을 향상시킨다. In addition, the prosthesis 100 has numerous porosity 130 formed on the surface and the tissue itself. 3 is a SEM (electron microscope) photograph showing the structure of the prosthesis according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the pores 130 formed in the prosthesis 100 have a very irregular size and distribution. These voids 130 improves the adhesion of the prosthesis 100 and the bone by effectively mating the bone of the femur 170 and the prosthesis 100 after the procedure of the prosthesis 100.

즉 시술 후 뼈가 자려면서 뼈의 조직이 보철물(100)의 공극(130)으로 침투하여 매팅 됨으로써 시술 후 뼈와 보철물(100)의 효율적인 조직 부합 및 부착이 가능하게 한다. 이러한 매팅 효과는 시술 후 보철물(100)에 인접한 뼈의 외부 충격에 의한 골절을 최소화하여 시술 효과를 증진시킨다. 또한 공극(130)의 양을 조절함으로써 보철물(100)의 강도를 조절할 수 있는 장점이 있다.That is, while the bone is sleeping after the procedure, the tissue of the bone penetrates into the cavity 130 of the prosthesis 100 to allow efficient tissue matching and attachment of the bone and the prosthesis 100 after the procedure. This matting effect enhances the treatment effect by minimizing fracture due to external impact of the bone adjacent to the prosthesis 100 after the procedure. In addition, there is an advantage that can adjust the strength of the prosthesis 100 by adjusting the amount of the voids (130).

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a prosthesis according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따라 금속 분말과 폴리머 비드를 혼합한 상태를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a flow chart for explaining the manufacturing process of the prosthesis according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a state in which the metal powder and polymer beads are mixed according to the manufacturing process of the prosthesis according to an embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating.

본 발명의 실시예에 따른 보철물(100)은 금속 분말 사출 성형(MIM: Metal Injection Molding)으로 제조된다. The prosthesis 100 according to the embodiment of the present invention is manufactured by metal injection molding (MIM).

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 금속 분말(130)과, 바인더(140) 그리고 폴리머 비드(150)를 혼합하는 단계(S10)를 수행한다. 혼합을 위하여 사용되는 금속 분말(130)은 티타늄 또는 스테인리스 합금으로 실시한다. 그리고 금속 분말(130)의 직경은 10 ~ 20um 정도인 것을 사용한다. As shown in FIGS. 4 and 5, a step (S10) of mixing the metal powder 130, the binder 140, and the polymer beads 150 is performed. The metal powder 130 used for mixing is made of titanium or stainless alloy. And the diameter of the metal powder 130 is used that is about 10 ~ 20um.

한편, 바인더(140)는 금속 분말(130)을 원하는 모양으로 균일하게 충전시키 고, 소결이 시작될 때까지 사출 성형된 보철물(100)의 형상을 유지시키도록 하는 순간 매개물이다. 따라서 최종적으로 제작이 완료된 보철물(100)에는 바인더(140)가 존재하지 않는다. 본 발명의 실시예에서 바인더(140)는 열가소성 수지(thermoplastic resin)와 왁스 등을 사용할 수 있다. 즉, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등이 사용될 수 있다. On the other hand, the binder 140 is an instant medium to uniformly fill the metal powder 130 to the desired shape, and to maintain the shape of the injection-molded prosthesis 100 until sintering is started. Therefore, the binder 140 does not exist in the prosthesis 100 that is finally manufactured. In the exemplary embodiment of the present invention, the binder 140 may use a thermoplastic resin, a wax, or the like. That is, polyethylene, polystyrene, polypropylene, or the like may be used.

그리고 바인더(140)와 함께 바인더(140)가 금속 분말과 잘 적셔지도록 하기 위하여 추가적인 첨가제가 투입될 수 있다. 이 첨가제로는 유기금속물질(organic - metallics)이 사용될 수 있다. In addition to the binder 140, an additional additive may be added to make the binder 140 wet well with the metal powder. Organic additives may be used as this additive.

그리고 폴리머 비드(150)는 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene)등을 사용할 수 있고, 크기는 10 ~ 500um 정도로 실시할 수 있다.And the polymer bead 150 may be used ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) or polycarbonate (polycarbonate), polystyrene (polystyrene), polyethylene (polyethylene) and the like, the size can be carried out about 10 ~ 500um.

한편, 금속 분말(130), 바인더(140) 그리고 폴리머 비드(150)의 혼합비율은 금속 분말(130) 45 ~ 85부피비, 상기 바인더 10 ~ 50부피비, 상기 폴리머 비드 5 ~ 30 부피비로 이루어진다. 하지만 폴리머 비드(150)는 시술 환자의 연령층, 신체크기, 시술부위 그리고 형상에 따라 다양하게 혼합비가 조절될 수 있으며, 필요에 따라 1부피비 ~ 50부피비까지 다양하게 적용될 수 있다. 즉 신체의 대퇴골(10) 뿐만 아니라 다른 신체 부위의 대체 보철물(100)로도 제작되어 사용될 수 있기 때문에 폴리머 비드(150)의 혼합비는 특정 범주에 한정하지 않고, 다양하게 변형 적용될 수 있다. On the other hand, the mixing ratio of the metal powder 130, the binder 140 and the polymer bead 150 is composed of 45 to 85 volume ratio of the metal powder 130, 10 to 50 volume ratio of the binder, 5 to 30 volume ratio of the polymer beads. However, the polymer bead 150 may be adjusted in various mixing ratios according to the age group, body size, surgical site, and shape of the patient, and may be variously applied from 1 to 50 volume ratios as necessary. That is, the mixing ratio of the polymer beads 150 may be variously modified and applied because it may be manufactured and used as the replacement prosthesis 100 of other body parts as well as the femur 10 of the body.

한편, 혼합단계는 금속 분말(130)과 폴리머 비드(150) 사이에 바인더(140)가 분자크기 정도로 얇게 분산될 수 있도록 가능한 한 큰 전단응력(shear stress)을 발휘하는 혼합기를 필요로 한다. 따라서 혼합기는 높은 전단변형을 일으키는 더블 플래터리(double planetary), 싱글 스크류 익스트루더(single screw extruder), 플런저 익스트루더(plunger extruder), 트윈 스크류 익스트루더(twin screw extruder), 트윈 캠(twin cam) 중의 어느 하나를 사용할 수 있다. On the other hand, the mixing step requires a mixer that exerts as much shear stress as possible so that the binder 140 can be dispersed as thin as the molecular size between the metal powder 130 and the polymer beads 150. The mixer is therefore equipped with double planetary, single screw extruder, plunger extruder, twin screw extruder and twin cam twin cam) can be used.

혼합단계 이후에는 보철물(100)을 몰딩하는 단계(S20)를 거친다. 보철물(100)을 몰딩하는 단계는 원하는 형태의 보철물(100) 형상을 가지는 금형에 혼합물을 강제 주입함으로써 이루어진다. 그리고 몰딩단계를 진행하기 전에 혼합물은 파렛트 또는 과립형태로 경화된 상태일 수 있고, 몰딩시에 주입기에서 가열하여 유동성을 가지도록 하면서 금형에 주입되도록 하고, 이후 다시 경화되도록 함으로써 몰딩된 후의 형태를 유지하도록 할 수 있다. After the mixing step is subjected to a step (S20) of molding the prosthesis 100. Molding the prosthesis 100 is performed by forcibly injecting a mixture into a mold having a shape of the prosthesis 100 of a desired shape. And before the molding step, the mixture may be cured in the form of a pallet or granules, heated at the injector during molding to be injected into the mold while having fluidity, and then cured again to maintain the shape after molding. You can do that.

그리고 몰딩시의 공정 조건은 대략 0.5 ~ 60초 동안 이루어지고, 주입 압력은 10 - 100MPa(megapascal), 주입시의 온도는 대략 150 - 250℃ 정도가 될 수 있다. 하지만 몰딩시의 공정 조건은 바인더(140)와 폴리머 비드(150)의 혼합비에 따라 달라질 수 있다. And the process conditions during molding is made for about 0.5 to 60 seconds, the injection pressure may be about 10-100MPa (megapascal), the temperature during injection may be about 150-250 ℃. However, the molding process conditions may vary depending on the mixing ratio of the binder 140 and the polymer bead 150.

몰딩단계 다음으로는 보철물 성형체에 포함되어 있는 바인더(140)를 제거하는 단계(S30)를 거친다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따른 공정 적용 온도를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.Next, the molding step passes through the step S30 of removing the binder 140 included in the prosthesis molded body. 6 is a view for conceptually explaining the process applied temperature according to the manufacturing process of the prosthesis according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 바인더(140)를 제거하는 단계는 열분해(thermal decomposition) 방법으로 실시할 수 있다. 열분해 방법은 성형체를 서서히 가열하여 바인더(140)를 점진적인 열분해로 기화 증발시키는 것이다. 열분해 방법은 먼저 성형체를 가열로(heating furnace)에 투입한다. 그리고 가열로에서는 온도를 서서히 상승시킨다. 그리고 설정한 온도에 도달하면 이 설정한 온도를 유지시킨다. 이때의 설정 온도(T1)는 150 ~ 200℃ 정도가 될 수 있으며, 공정 시간은 보철물(100)인 성형체의 크기에 따라 수분 ~ 수 시간이 될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the removing of the binder 140 may be performed by a thermal decomposition method. The pyrolysis method is to evaporate and evaporate the binder 140 by gradual pyrolysis by gradually heating the molded body. In the pyrolysis method, the molded body is first introduced into a heating furnace. In the heating furnace, the temperature is gradually raised. When the set temperature is reached, the set temperature is maintained. At this time, the set temperature (T1) may be about 150 ~ 200 ℃, the process time may be a few minutes to several hours depending on the size of the molded body is the prosthesis (100).

그리고 바인더(140)를 제거하는 단계에 대한 다른 실시예로 용해제를 이용하여 바인더(140)를 제거하는 용매추출(solvent extraction) 방법으로 실시할 수 있다. 용매추출 방법은 용매가 저장된 저장고 속에 보철물 성형체를 담근 후 이 용매에 의하여 바인더(140)가 용해되어 제거되도록 하는 것이다. In another embodiment of the step of removing the binder 140, a solvent extraction method may be used to remove the binder 140 using a solvent. The solvent extraction method is to soak the prosthesis molded body in a reservoir where the solvent is stored so that the binder 140 is dissolved and removed by the solvent.

한편, 열분해 방법으로 바인더(140)의 제거가 완료되면, 이후 폴리머 비드(150)를 제거하는 단계(S40)를 거친다. 폴리머 비드(150)의 제거는 바인더(140)의 제거와 같이 열분해 방법으로 진행한다. 그리고 폴리머 비드(150)의 열분해를 위한 가열온도인 열분해 온도(T2)는 500 ~ 700℃ 정도에서 수분에서 수 시간 동안 진행될 수 있다. 이 폴리머 비드(150)의 경우도 보철물 성형체의 크기, 그리고 폴리머 비드(150)의 종류에 따라 공정시간과 공정온도가 달라진다. 예를 들어 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)는 약 260℃에서 열분해가 시작되고, 폴리카보네이트(polycarbonate)는 약 300℃에서 열분해가 시작된다. 따라서 ABS가 폴리카보네이트에 비하여 공정시간이 더 길어질 수 있다.On the other hand, when the removal of the binder 140 is completed by the pyrolysis method, the polymer beads 150 are then removed (S40). Removal of the polymer beads 150 proceeds by a pyrolysis method such as removal of the binder 140. The pyrolysis temperature T2, which is a heating temperature for pyrolysis of the polymer beads 150, may be performed for several hours in a few minutes at about 500 to 700 ° C. In the case of the polymer bead 150, the process time and the process temperature vary depending on the size of the prosthesis molded body and the type of the polymer bead 150. For example, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) starts pyrolysis at about 260 ℃, polycarbonate (polycarbonate) starts at about 300 ℃. Therefore, ABS may have a longer process time than polycarbonate.

그리고 폴리머 비드(150) 제거단계는 하나의 가열로 내부에서 바인더 제거단 계를 진행한 후 계속해서 다른 온도로 가열하여 폴리머 비드(150)를 제거할 수 있고, 또는 바인더(140)를 제거한 후 다른 가열로로 보철물 성형체를 옮긴 후에 폴리머 비드(150)를 제거하도록 할 수 있다. In addition, the polymer bead 150 removing step may proceed to remove the binder in one heating furnace and then continue heating to another temperature to remove the polymer bead 150, or after removing the binder 140 After moving the prosthesis molded body to a heating furnace, the polymer beads 150 may be removed.

이와 같은 바인더(140) 제거단계와 폴리머 비드(150) 제거단계는 소결단계로 진행하기 위하여 점진적으로 온도를 높여주는 예비 소결단계라고도 할 수 있으며, 이와 같은 예비 소결단계를 수행한 후 최종적인 소결 단계(S50)를 진행한다. The binder 140 removal step and the polymer bead 150 removal step may be referred to as a preliminary sintering step of gradually increasing the temperature in order to proceed to the sintering step. Proceed to (S50).

소결 단계는 바인더(140)와 폴리머 비드(150)가 제거된 성형체를 제 2소정온도(T3)로 가열하여 성형체를 소결한다. 즉 폴리머 비드(150)가 제거되면서 예비 소결된 보철물 성형체를 소결 온도(T3)로 가열 및 유지시켜 금속 분말(130) 간의 치밀화를 통한 수축 과정을 거치도록 함으로써 성형체의 밀도를 높이고 동시에 최종 보철물 성형체의 형상을 얻는 공정이다. 이때 성형체는 등방성 수축이 진행되므로 성형체의 형태는 유지된다.In the sintering step, the molded body from which the binder 140 and the polymer bead 150 are removed is heated to a second predetermined temperature T3 to sinter the molded body. That is, the polymer bead 150 is removed and the presintered prosthesis molded body is heated and maintained at the sintering temperature (T3) to undergo a shrinkage process through densification between the metal powders 130, thereby increasing the density of the molded body and simultaneously It is a process of obtaining a shape. At this time, since the isotropic shrinkage of the molded body proceeds, the shape of the molded body is maintained.

그리고 소결 단계의 수행을 위한 소결 온도(T3)는 1,000 ~ 1,600℃ 정도로 실시할 수 있고, 대략 1 ~ 2시간 동안 공정 시간을 지속하며, 수소 또는 질소 등에 의한 가압 상태를 조절하여 진행할 수 있다. And the sintering temperature (T3) for performing the sintering step may be carried out to about 1,000 ~ 1,600 ℃, and continue the process time for approximately 1 to 2 hours, it can proceed by adjusting the pressurized state by hydrogen or nitrogen.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 제조공정에 따라 보철물을 소결 형성하였을 때를 예시적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 보철물의 제조공정에 따라 소결 형성하였을 때 서로 결합된 공극이 발생한 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. Figure 7a is a view for explaining the sintering formed by the prosthesis according to the manufacturing process according to an embodiment of the present invention illustratively, Figure 7b is a sintering formed according to the manufacturing process of the prosthesis according to an embodiment of the present invention FIG. 4 is a diagram for illustratively describing a case where gaps coupled to each other occur.

도 7a에 도시된 바와 같이 이러한 소결 단계의 진행으로 보철물 성형체의 금 속 분말(130) 조직은 공극에 양에 따라 다른 밀도를 가지게 되고, 금속 소결체 사이에 공극(130)이 형성된다. 공극(130)은 불규칙적으로 형성된다. 그리고 도 7b에 도시된 바와 같이 소결시 인접한 공극(130)과의 결합이나 성형체의 수축으로 다양한 크기를 가지는 불규칙적인 크기로 형성된다. As shown in FIG. 7A, the structure of the metal powder 130 of the prosthesis molded body has a different density depending on the amount of pores, and voids 130 are formed between the metal sintered bodies. The void 130 is irregularly formed. And as shown in Figure 7b is formed in an irregular size having a variety of sizes due to the bonding of adjacent pores 130 or shrinkage of the molded body during sintering.

따라서 이후 이러한 공극(130)들은 시술후 환자의 뼈 조직과의 치밀한 매팅으로 효과적인 부착이 이루어지게 되어 보다 높은 시술후 치료 효과를 얻도록 한다.Therefore, since the pores 130 are effectively attached to the dense mating with the bone tissue of the patient after the procedure to obtain a higher post-operative treatment effect.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 보철물 및 이의 제조방법은 인공관절 및 신체의 그 외 다른 부위에 대한 보철물로써도 제조가 가능하며, 단지 형상에서 차이가 날뿐 기본적인 구성과 제조방법은 본 발명의 실시예에 따라 이루어질 수 있을 것이다. 또한 사출 성형시에 바인더의 제거, 폴리머 비드의 제거 그리고 소결 등에서 공정 조건이나 방법을 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이며, 더욱이 크기와 사용용도에 따라서는 제조공정의 일부가 다르게 실시될 수 있을 것이다. 하지만 보철물로서의 사용을 위하여 금속 분말 사출 성형으로 제조하고, 이때 공극을 폴리머 비드로 형성하도록 한 것이라면 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Prosthesis according to the embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof as described above can also be manufactured as a prosthesis for artificial joints and other parts of the body, only the difference in shape and the basic configuration and manufacturing method of the present invention It may be made according to an embodiment. In addition, during the injection molding, the binder may be removed, the polymer beads may be removed, and the sintering may be performed in a different manner by modifying the process conditions or methods, and according to the size and the use, part of the manufacturing process may be different. However, if it is manufactured by metal powder injection molding for use as a prosthesis, and the voids are formed into polymer beads, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 보철물과 이의 제조방법은 보철물의 시술 후 인간의 뼈와의 매팅이 표면에서부터 보철물의 내부까지 이루어지도록 하여 보철물 시술후 뼈와 보철물의 부착효과가 보다 향상되도록 하여 치료효과를 향상시키도록 하고, 환자의 뼈 조직상태 및 뼈의 크기, 연령 그리고 사용하고자 하는 보철물의 종류 등에 따라 공극의 밀도가 다른 보철물을 시술할 수 있도록 하여 맞춤형 시술이 가능하도록 하여 보다 효과적인 보철물 시술이 가능하도록 하는 효과가 있다. The prosthesis according to the embodiment of the present invention as described above and a method for manufacturing the same to ensure that the mating of the human bone after the procedure of the prosthesis is made from the surface to the interior of the prosthesis to improve the adhesion effect of the bone and prosthesis after the prosthesis procedure To improve the treatment effect, and to be able to perform prostheses with different pore densities according to the patient's bone tissue condition, bone size, age and type of prosthesis to be used, customized treatment is possible so that more effective prosthesis treatment There is an effect to make this possible.

Claims (11)

줄기부와 연결부를 가지는 보철물에 있어서, In the prosthesis having a stem and a connection, 상기 줄기부와 연결부는 일체로 금속 분말 사출 성형되며 시술후 뼈와의 매팅(mating)을 위한 공극(porosity)을 가지는 것을 특징으로 하는 보철물. The stem portion and the connecting portion integrally metal injection molding, characterized in that the prosthesis (porosity) for mating (bone) with the bone after the procedure. 제 1항에 있어서, 상기 줄기부와 연결부는 티타늄 또는 알루미늄 합금 분말로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1, wherein the stem and the connection part are injection molded from titanium or aluminum alloy powder. 제 1항에 있어서, 상기 공극은 상기 금속 분말 사출 성형시에 상기 금속 분말과 혼합된 폴리머 비드가 열분해 되어 형성되는 것을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1, wherein the pores are formed by thermal decomposition of polymer beads mixed with the metal powder during the metal powder injection molding. 제 1항에 있어서, 상기 공극은 불규칙한 크기와 불규칙한 분포로 형성된 것을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis of claim 1 wherein said voids are formed of irregular size and irregular distribution. 금속 분말과 바인더와 폴리머 비드를 혼합하는 단계;Mixing the metal powder with the binder and the polymer beads; 상기 금속 분말과 바인더와 폴리머 비드를 줄기부와 연결부가 형성된 보철물용 금형에 주입하여 보철물 성형체를 몰딩하는 단계;Molding the prosthesis molded body by injecting the metal powder, the binder, and the polymer bead into a mold for the prosthesis having a stem and a connection part; 상기 몰딩된 보철물 성형체에서 상기 바인더를 제거하는 단계;Removing the binder from the molded prosthesis molded body; 상기 바인더가 제거된 상기 보철물 성형체를 열분해 온도로 가열하여 상기 폴리머를 제거하는 단계;Heating the prosthesis molded body from which the binder is removed to a pyrolysis temperature to remove the polymer; 상기 바인더와 상기 폴리머가 제거된 상기 보철물 성형체를 소결 온도로 가열하여 소결하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법. And sintering the prosthesis molded body from which the binder and the polymer have been removed to a sintering temperature. 제 5항에 있어서, 상기 혼합하는 단계는 상기 금속 분말 45 ~ 85부피비, 상기 바인더 10 ~ 50부피비, 상기 폴리머 비드 5 ~ 30 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the mixing comprises mixing 45 to 85 volume ratio of the metal powder, 10 to 50 volume ratio of the binder, and 5 to 30 volume ratio of the polymer beads. 제 5항에 있어서, 상기 금속 분말은 티타늄, 티타늄 합금, 또는 스테인리스 합금 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the metal powder is any one of titanium, titanium alloy, or stainless alloy. 제 5항에 있어서, 상기 바인더를 제거하는 단계는 150 ~ 200℃ 로 상기 보철물 성형체를 가열하여 열분해로 상기 바인더를 제거하는 것을 특징으로 하는 보철 물 제조방법.The method of claim 5, wherein the removing of the binder comprises heating the prosthesis molded body at 150 to 200 ° C. to remove the binder by pyrolysis. 제 5항에 있어서, 상기 바인더를 제거하는 단계는 용해제를 이용하여 상기 바인더를 제거하는 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법.The method of claim 5, wherein the removing of the binder comprises removing the binder by using a dissolving agent. 제 5항에 있어서, 상기 열분해 온도는 500 ~ 700℃ 인 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법.The method of claim 5, wherein the pyrolysis temperature is 500 ~ 700 ℃ prosthesis manufacturing method, characterized in that. 제 5항에 있어서, 상기 소결 온도는 1,000 ~ 1,600℃ 인 것을 특징으로 하는 보철물 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the sintering temperature is 1,000 ~ 1,600 ℃.
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