WO2022265327A1 - Tolerance deviation correction method using lamination - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a tolerance deviation correction method using lamination and, more specifically, to a tolerance deviation correction method using lamination, the method comprising: a casting step of casting an implant by injecting a metal melt into an implant mold; an error measurement step of measuring an error by comparing the cast implant with design data; and an error correction step of correcting the dimensions of the implant to be within a tolerance range on the basis of the error measured in the error measurement step, wherein, in the error correction step, the error is corrected by laminating the surface of the implant cast in the casting step with metal so that a cast product that cannot be corrected is restored, thereby lowering the defect rate generated during casting, and the shape of the implant is made to be as close to the designed shape as possible to improve the success rate of joint replacement surgery and separate inspection time is omitted during lamination thus allowing rapid corrective lamination.

Description

적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법Deviation Tolerance Compensation Method Using Lamination Process
본 발명은 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 주조단계, 주조된 임플란트와 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 오차측정단계 및 상기 오차측정단계에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 오차보완단계를 포함하되, 상기 오차보완단계는 상기 주조단계에서 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 주조과정에서 발생하는 불량률을 낮추고, 임플란트의 형상을 설계된 형상과 최대한 가깝게 구현함으로써 인공관절의 수술 성공률을 향상시키면서도 적층과정에서 별도의 검사시간을 생략함으로써 빠른 보완적층이 가능한 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법에 관한 것이다.The present invention relates to a deviation tolerance compensation method using a lamination process, and more particularly, a casting step of casting an implant by injecting molten metal into an implant mold, an error measurement step of measuring an error by comparing the cast implant and design data. and an error compensating step of supplementing the size of the implant within the tolerance range based on the error measured in the error measuring step, wherein the error compensating step compensates the error by laminating metal on the surface of the implant cast in the casting step. By doing so, restoration of cast products that cannot be corrected is performed to lower the rate of defects that occur during the casting process, and the shape of the implant is implemented as closely as possible to the designed shape to improve the success rate of artificial joint surgery, while omitting separate inspection time during the stacking process for fast complementary stacking. It relates to a method for compensating for deviation tolerance using a possible lamination process.
인공슬관절, 인공견관절 등 인공관절 치환술에 사용되는 임플란트는 대부분 주조공정으로 제작되고, 임플란트가 대체하게 되는 뼈의 일부분과 유사한 형태로 형성하기 위하여 두꺼운 부분부터 얇은 부분까지 복합적인 형상을 띄게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인공슬관절의 경우 대퇴골요소(F), 경골부 삽입물로 지칭되어 대퇴골요소의 베어링을 매개하는 베어링요소(B) 및 경골부 기저판(T)을 포함할 수 있는데, 임플란트의 각 요소는 곡면 형상을 가져 부위별로 각각 다른 두께와 치수를 가지게 된다.Implants used in arthroplasty, such as an artificial knee joint and an artificial shoulder joint, are mostly manufactured by a casting process, and have a complex shape from a thick part to a thin part in order to form a shape similar to a part of the bone to be replaced by the implant. As shown in FIG. 1, the artificial knee joint may include a femur element (F), a bearing element (B) referred to as a tibia insert and mediating the bearing of the femur element, and a tibia base plate (T), implant Each element of has a curved shape and has a different thickness and dimension for each part.
인공관절 치환술을 실시함에 있어서 임플란트 각 요소들 간의 기계적인 적합도는 매우 중요하다. 극히 일부를 제외하고는 임플란트 요소는 commercially pure titanium이나 titanium 합금 및/또는 코발트크롬(CoCr) 합금을 사용하며, 임플란트의 외형을 주조 등의 과정을 통해 형성한 후 절삭 또는 연마공정을 거쳐 만들게 된다. 임플란트와 임플란트 보철물간의 정밀한 적합도는 임플란트 자체의 응력 분산 및 하부 골조직으로의 응력 분산에 중요하며 보철물의 기계적인 합병증에도 중요한 영향을 미친다.In performing artificial joint replacement, the mechanical fit between each implant element is very important. Except for very few implant elements, commercially pure titanium or titanium alloy and / or cobalt chrome (CoCr) alloy is used, and the outer shape of the implant is formed through a process such as casting, and then it is made through a cutting or polishing process. Precise fit between the implant and implant prosthesis is important for stress distribution of the implant itself and the stress to the underlying bone tissue, and also has a significant effect on the mechanical complications of the prosthesis.
이러한 임플란트는 일반적으로 금형 내에 용융된 금속을 주입한 후 응고시켜 형상을 만드는 주조공정을 통해 제조되는데, 주조공정을 통해 임플란트가 정밀하게 제조한다고 하여도 공차가 발생하여 설계된 대로의 정밀도를 갖추기 어려우며, 주조 공정 중 열 풀림, 열처리공정 시 임플란트 부위에 따라 다른 두께에 의한 수축차이에 의해 설계된 치수와 다르게 오차가 발생한다. These implants are generally manufactured through a casting process in which molten metal is injected into a mold and solidified to form a shape. Even if the implant is precisely manufactured through the casting process, it is difficult to achieve the precision as designed due to tolerances, Different from the designed dimensions, errors occur due to heat release during the casting process and shrinkage differences due to different thicknesses depending on the implant part during the heat treatment process.
도 2에서 도시된 대퇴골요소의 경우, 두께가 두꺼운 관절구 부분은 열에 의한 수축이 덜 되고, 두께가 얇은 부분은 수축이 많이 일어나 오차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 주조된 임플란트(Xn)의 주조 후 형상은 설계된 형상(D)과 일정 부분 다를 수 있다. 일 예로, 도 2에서 점선으로 표시된 설계된 임플란트(D)의 형상과 비교할 때 주조된 임플란트(Xn)의 일부분은 설계된 임플란트의 치수와 부합하게 형성될 수 있지만, 관절구 부분은 설계된 임플란트(D)보다 상대적으로 튀어나오거나 크게 형성되고, 안쪽의 뼈와 접촉하는 부분은 설계된 임플란트(D)보다 상대적으로 작게 또는 많이 수축하여 형성된 것을 볼 수 있다. 주조된 임플란트(Xn)의 일부분의 수치가 설계된 임플란트의 수치보다 큰 경우 T1만큼의 오차가 발생하는데, T1과 같이 설계된 치수를 초과하는 임플란트 치수에 대해서는 절삭이나 연마를 통한 기계가공을 수행하여 보완이 가능하다. 특히, 도 2에서 임플란트의 관절구 부분은 연마가공 등을 통한 임플란트의 표면처리를 위하여 설계된 치수보다 의도적으로 크게 형성하는 경우도 있다. 반면, 주조된 임플란트의 일부분의 수치가 설계된 임플란트의 수치보다 작은 경우 T2만큼의 오차가 발생하며, 이러한 오차가 설계된 치수보다 작은 경우에는 보완하거나 복구하는 방법이 없어 불량품 처리된다.In the case of the femoral bone element shown in FIG. 2, the thick condyle part is less contracted by heat, and the thin part is much contracted, which may cause errors. Accordingly, the shape of the cast implant Xn after casting may differ from the designed shape D in some parts. As an example, compared to the shape of the designed implant (D) indicated by a dotted line in FIG. 2, a part of the cast implant (Xn) may be formed to match the dimensions of the designed implant, but the condyle portion is smaller than the designed implant (D). It can be seen that the part protruding or being formed relatively protrudes, and the part in contact with the bone inside is formed by shrinking relatively less or more than the designed implant (D). If the dimension of a part of the cast implant (Xn) is larger than the dimension of the designed implant, an error of T1 occurs. For the dimension of the implant that exceeds the designed dimension, such as T1, machining is performed through cutting or polishing to compensate. It is possible. Particularly, in FIG. 2 , the condyle portion of the implant may be intentionally larger than the dimension designed for surface treatment of the implant through polishing. On the other hand, if the dimension of a part of the cast implant is smaller than that of the designed implant, an error of T2 occurs, and if this error is smaller than the designed dimension, there is no way to compensate or restore it, so it is processed as a defective product.
특히, 의료용 시멘트를 사용하지 않는 무시멘트 인공관절에 있어서는 임플란트의 수치가 부족한 영역에서 골과 임플란트가 적절하게 밀착되지 않을 가능성이 있어 수술 실패 및 수술 후유증을 유발하는 주 요인이 된다. In particular, in cementless artificial joints that do not use medical cement, there is a possibility that the bone and the implant may not be properly adhered to in an area where the number of implants is insufficient, which is a major factor in causing surgical failure and surgical sequelae.
따라서, 당업계에서는 주조공정에서 발생하는 오차를 보완하여 불량률을 낮추고, 무시멘트형 임플란트의 press-fit 결합 안정성을 향상시킬 수 있는 임플란트 제조방법 또는 오차 보정방법을 요구하고 있다.Therefore, the industry requires an implant manufacturing method or an error correction method capable of reducing the defect rate by compensating for errors occurring in the casting process and improving the press-fit coupling stability of cementless implants.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,The present invention has been made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 골시멘트의 사용 없이 press-fit 결합을 통해 상호 결합되거나 뼈에 안착되는 무시멘트형 임플란트에 대해 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 임플란트가 환자의 관절 부분에 정확하게 안착하도록 정확한 치수를 가지도록 하는 것이다.An object of the present invention is to restore an uncorrectable cast product by compensating for an error by laminating metal on the surface of a cast implant for cementless implants that are mutually coupled through press-fit bonding or seated in bone without the use of bone cement. This is to ensure that the implant has accurate dimensions so that it can be accurately seated in the patient's joint.
본 발명의 목적은 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 주조단계, 주조된 임플란트와 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 오차측정단계 및 상기 오차측정단계에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 오차보완단계를 포함하되, 상기 오차보완단계는 상기 주조단계에서 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 주조과정에서 발생하는 불량률을 낮출 수 있는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a casting step of casting an implant by injecting molten metal into an implant mold, an error measurement step of measuring an error by comparing the cast implant and design data, and a measurement of the implant based on the error measured in the error measurement step. It includes an error compensating step of compensating the dimensions within the tolerance range, wherein the error compensating step proceeds to restore the cast product that cannot be corrected by compensating for the error by laminating metal on the surface of the implant cast in the casting step, resulting in the casting process An object of the present invention is to provide a method for supplementing deviation tolerance using a lamination process capable of lowering the defect rate.
본 발명의 다른 목적은 상기 오차측정단계는 주조된 임플란트의 치수를 측정하는 치수측정단계, 임플란트의 치수를 설계 데이터와 비교하는 데이터 비교단계, 상기 주조된 임플란트의 치수와 설계 데이터의 비교결과로부터 공차를 이탈하는 임플란트 오차를 판단하는 오차판단단계 및 임플란트 상에서 오차 보완을 수행할 위치를 지정하는 보완위치 지정단계를 포함하여 주조공정에서 발생하는 임플란트의 최대 허용치수와 최소 허용치수 사이를 이탈하는 부분을 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that the error measuring step comprises a dimension measurement step of measuring the dimension of the cast implant, a data comparison step of comparing the dimension of the implant with design data, and a tolerance from the comparison result of the dimension of the cast implant and the design data. Including the error judgment step of determining the implant error that deviate from the implant and the supplementary location designation step of specifying the position to perform error compensation on the implant, the part that deviate between the maximum and minimum allowable dimensions of the implant generated in the casting process It is to provide a deviation tolerance compensation method using a lamination process that restores an uncorrectable cast product by supplementing it.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 상기 오차판단단계는 공차를 이탈한 임플란트 치수에 대하여 설계된 데이터의 최대 허용치수보다 큰 치수를 초과오차로 분류하고, 최소 허용치수보다 작은 치수를 부족오차로 분류하여 설계된 치수보다 크게 주조된 부분과 작게 주조된 부분을 서로다른 방법으로 보완하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to classify a dimension larger than the maximum allowable dimension of the data designed for the implant dimension out of tolerance as an excess error, and classify a dimension smaller than the minimum allowable dimension as an insufficient error in the error judgment step of the present invention. To provide a deviation tolerance compensation method using a lamination process that compensates for a part cast larger than the designed dimension and a part cast smaller than designed by different methods.
본 발명의 또 다른 목적은 오차보완단계는 부족오차를 가진 임플란트 부분의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 적층단계, 임플란트 표면에 적층된 클래딩층의 두께를 스캔하는 솔리드 스캔단계 및 상기 솔리드 스캔단계에서 임플란트의 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 경우 추가로 클래딩층을 형성하는 재적층단계를 포함하여 적층과정에서 별도의 검사시간을 생략함으로써 빠른 보완적층이 가능한 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that the error compensating step includes a lamination step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant part having an insufficient error, a solid scan step of scanning the thickness of the cladding layer laminated on the implant surface, and the solid scan step. If the sum of the dimensions of the implant and the thickness of the cladding layer is smaller than the minimum allowable size, a separate inspection time is omitted during the lamination process, including the re-lamination step of forming an additional cladding layer, so that fast supplementary lamination is possible. It is to provide a way to compensate for the gap.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 적층단계와 재적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 금속 클래딩층을 솔리드 표면으로 조성함으로써 향상된 경도와 항목강도의 임플란트를 제조할 수 있는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that the lamination step and the re-lamination step spray metal powder on the surface and irradiate laser to melt and sinter the metal powder to form a metal cladding layer into a solid surface, thereby improving hardness and item strength. An object of the present invention is to provide a method for supplementing deviation tolerance using a lamination process capable of manufacturing an implant.
본 발명의 또 다른 목적은 솔리드 스캔단계는 상기 적층단계와 동시에 수행되어 상기 적층단계의 레이저 조사경로를 따라 형성되는 클래딩층의 두께를 실시간으로 스캔함으로써 빠른 보완작업이 가능한 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that the solid scan step is performed at the same time as the lamination step, and the thickness of the cladding layer formed along the laser irradiation path of the lamination step is scanned in real time, thereby compensating for deviation tolerance using a lamination process capable of quick supplement work. is to provide a way
본 발명의 또 다른 목적은 오차보완단계의 수행 후 다수의 공극을 가진 다공성구조를 적층하는 다공성구조 적층단계를 더 포함하고, 상기 다공성구조 적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하되 레이저의 조사속도 및 패턴을 조절하여 공극을 형성하여 임플란트와 다공성구조 내 금속분말간의 접착력을 증대시킬 수 있는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to further include a porous structure laminating step of laminating a porous structure having a plurality of pores after performing the error compensating step, wherein the porous structure laminating step sprays metal powder on the surface and irradiates a laser It is to provide a separation tolerance compensation method using a lamination process capable of increasing the adhesion between an implant and the metal powder in a porous structure by melting and sintering the metal powder and forming a gap by adjusting the irradiation speed and pattern of the laser.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.The present invention is implemented by an embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 주조단계, 주조된 임플란트와 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 오차측정단계 및 상기 오차측정단계에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 오차보완단계를 포함하되, 상기 오차보완단계는 상기 주조단계에서 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the present invention is a casting step of casting an implant by injecting molten metal into an implant mold, an error measurement step of measuring an error by comparing the cast implant and design data, and measurement in the error measurement step and an error compensating step of supplementing the dimensions of the implant within the tolerance range based on the error, wherein the error compensating step is characterized in that the error is compensated for by laminating metal on the surface of the implant cast in the casting step.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 오차측정단계는 주조된 임플란트의 치수를 측정하는 치수측정단계, 임플란트의 치수를 설계 데이터와 비교하는 데이터 비교단계, 상기 주조된 임플란트의 치수와 설계 데이터의 비교결과로부터 공차를 이탈하는 임플란트 오차를 판단하는 오차판단단계 및 임플란트 상에서 오차 보완을 수행할 위치를 지정하는 보완위치 지정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the error measurement step of the present invention includes a dimension measurement step of measuring the dimension of the cast implant, a data comparison step of comparing the dimension of the implant with design data, It is characterized in that it includes an error determination step of determining an implant error out of tolerance from the comparison result of the design data and a supplementary position designation step of designating a position on the implant to perform error compensation.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 오차판단단계는 공차를 이탈한 임플란트 치수에 대하여 설계된 데이터의 최대 허용치수보다 큰 치수를 초과오차로 분류하고, 최소 허용치수보다 작은 치수를 부족오차로 분류하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the error determination step of the present invention, a dimension larger than the maximum allowable dimension of the data designed for the implant dimension out of tolerance is classified as an excess error, and a dimension smaller than the minimum allowable dimension is classified as an error. It is characterized in that it is classified as a lack of error.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은 오차측정단계 이후에 기계가공을 통하여 임플란트의 표면을 깎아 초과오차를 보정하는 기계가공단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention is characterized by further comprising a machining step of correcting an excess error by cutting the surface of the implant through machining after the error measurement step.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 오차보완단계는 상기 오차판단단계에서 부족오차를 가진 임플란트의 부분에 대하여 금속을 적층하여 상기 부족오차를 보완하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the error compensating step of the present invention is characterized by compensating for the insufficient error by laminating a metal on the portion of the implant having an insufficient error in the error determination step.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 오차보완단계는 부족오차를 가진 임플란트 부분의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 적층단계, 임플란트 표면에 적층된 클래딩층의 두께를 스캔하는 솔리드 스캔단계 및 상기 솔리드 스캔단계에서 임플란트의 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 경우 추가로 클래딩층을 형성하는 재적층단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the error compensating step of the present invention includes a lamination step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant part having an insufficient error, and a solid scanning the thickness of the cladding layer laminated on the implant surface. It is characterized in that it includes a scanning step and a re-stacking step of forming an additional cladding layer when the sum of the dimensions of the implant and the thickness of the cladding layer is smaller than the minimum allowable dimension in the solid scan step.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 적층단계와 재적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 금속 클래딩층을 솔리드 표면으로 조성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the lamination step and the re-lamination step of the present invention spray metal powder on the surface and irradiate laser to melt and sinter the metal powder to form a metal cladding layer into a solid surface. It is characterized by doing.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 솔리드 스캔단계는 상기 적층단계와 동시에 수행되어 상기 적층단계의 레이저 조사경로를 따라 형성되는 클래딩층의 두께를 실시간으로 스캔하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the solid scanning step of the present invention is performed simultaneously with the lamination step to scan the thickness of the cladding layer formed along the laser irradiation path of the lamination step in real time.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은 오차보완단계의 수행 후 다수의 공극을 가진 다공성구조를 적층하는 다공성구조 적층단계를 더 포함하고, 상기 다공성구조 적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하되 레이저의 조사속도 및 패턴을 조절하여 공극을 형성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention further comprises a porous structure laminating step of laminating a porous structure having a plurality of pores after performing the error compensating step, wherein the porous structure laminating step is to deposit metal powder on the surface. It is characterized in that the metal powder is melted and sintered by irradiating laser while spraying, but forming voids by adjusting the irradiation speed and pattern of the laser.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can obtain the following effects by combining the configuration, combination, and usage relationship to be described below with the previous embodiment.
본 발명은 골시멘트의 사용 없이 press-fit 결합을 통해 상호 결합되거나 뼈에 안착되는 무시멘트형 임플란트에 대해 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 임플란트가 환자의 관절 부분에 정확하게 안착하도록 정확한 치수를 가지도록 하는 효과를 준다.The present invention restores an uncorrectable cast product by compensating for an error by laminating metal on the surface of a cast implant for cementless implants that are mutually coupled through press-fit bonding or seated in bone without the use of bone cement. It gives the effect of having accurate dimensions so that it can be accurately seated on the patient's joint.
본 발명은 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 주조단계, 주조된 임플란트와 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 오차측정단계 및 상기 오차측정단계에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 오차보완단계를 포함하되, 상기 오차보완단계는 상기 주조단계에서 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 주조과정에서 발생하는 불량률을 낮출 수 있는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention is a casting step of casting an implant by injecting molten metal into an implant mold, an error measurement step of measuring an error by comparing the cast implant and design data, and determining the dimensions of the implant based on the error measured in the error measurement step. It includes an error compensating step for compensating within the tolerance range, wherein the error compensating step compensates for the error by laminating metal on the surface of the implant cast in the casting step to restore the cast product that cannot be corrected to reduce the defect rate occurring in the casting process. There is an effect of providing a method for compensating for deviation tolerance using a lamination process that can be lowered.
본 발명은 상기 오차측정단계는 주조된 임플란트의 치수를 측정하는 치수측정단계, 임플란트의 치수를 설계 데이터와 비교하는 데이터 비교단계, 상기 주조된 임플란트의 치수와 설계 데이터의 비교결과로부터 공차를 이탈하는 임플란트 오차를 판단하는 오차판단단계 및 임플란트 상에서 오차 보완을 수행할 위치를 지정하는 보완위치 지정단계를 포함하여 주조공정에서 발생하는 임플란트의 최대 허용치수와 최소 허용치수 사이를 이탈하는 부분을 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행할 수 있다.In the present invention, the error measurement step includes a dimension measurement step of measuring the dimension of the cast implant, a data comparison step of comparing the dimension of the implant with design data, and deviation from tolerance from the comparison result of the dimension of the cast implant and the design data. Including the error judgment step to determine the implant error and the supplementary location designation step to designate the position to perform error compensation on the implant, it is corrected by compensating for the deviation between the maximum and minimum allowable dimensions of the implant that occurs in the casting process. Restoration of impossible castings can be carried out.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 상기 오차판단단계는 공차를 이탈한 임플란트 치수에 대하여 설계된 데이터의 최대 허용치수보다 큰 치수를 초과오차로 분류하고, 최소 허용치수보다 작은 치수를 부족오차로 분류하여 설계된 치수보다 크게 주조된 부분과 작게 주조된 부분을 서로 다른 방법으로 보완하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 효과를 준다.Another object of the present invention is to classify a dimension larger than the maximum allowable dimension of the data designed for the implant dimension out of tolerance as an excess error, and classify a dimension smaller than the minimum allowable dimension as an insufficient error in the error judgment step of the present invention. It gives the effect of providing a deviation tolerance compensation method using a lamination process that compensates for a part cast larger than the designed dimension and a part cast small in different ways.
본 발명은 오차보완단계는 부족오차를 가진 임플란트 부분의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 적층단계, 임플란트 표면에 적층된 클래딩층의 두께를 스캔하는 솔리드 스캔단계 및 상기 솔리드 스캔단계에서 임플란트의 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 경우 추가로 클래딩층을 형성하는 재적층단계를 포함하여 적층과정에서 별도의 검사시간을 생략함으로써 빠른 보완적층이 가능한 효과를 수반한다.In the present invention, the error compensating step includes a lamination step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant part having an insufficient error, a solid scan step of scanning the thickness of the cladding layer laminated on the implant surface, and the size and shape of the implant in the solid scan step. When the sum of the thicknesses of the cladding layers is smaller than the minimum allowable dimension, a separate inspection time is omitted during the lamination process, including a re-lamination step of forming an additional cladding layer, resulting in fast complementary lamination.
본 발명은 상기 적층단계와 재적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 금속 클래딩층을 솔리드 표면으로 조성함으로써 향상된 경도와 항목강도의 임플란트를 제조할 수 있는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 제공하는 효과를 가진다.In the present invention, the lamination and re-lamination steps spray metal powder on the surface and irradiate laser to melt and sinter the metal powder to form a metal cladding layer into a solid surface, thereby manufacturing an implant with improved hardness and item strength. It has the effect of providing a method for compensating for deviation tolerance using a lamination process that can be used.
본 발명은 솔리드 스캔단계는 상기 적층단계와 동시에 수행되어 상기 적층단계의 레이저 조사경로를 따라 형성되는 클래딩층의 두께를 실시간으로 스캔함으로써 빠른 보완작업이 가능하다.In the present invention, the solid scan step is performed simultaneously with the lamination step, and the thickness of the cladding layer formed along the laser irradiation path of the lamination step is scanned in real time, so that a quick supplementary work is possible.
본 발명은, 오차보완단계의 수행 후 다수의 공극을 가진 다공성구조를 적층하는 다공성구조 적층단계를 더 포함하고, 상기 다공성구조 적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하되 레이저의 조사속도 및 패턴을 조절하여 공극을 형성하여 임플란트와 다공성구조 내 금속분말간의 접착력을 증대시킬 수 있다.The present invention further includes a porous structure lamination step of laminating a porous structure having a plurality of pores after performing the error compensating step, wherein the porous structure lamination step sprays metal powder on the surface and irradiates the metal powder by laser irradiation While melting and sintering, it is possible to increase the adhesion between the implant and the metal powder in the porous structure by forming a void by adjusting the irradiation speed and pattern of the laser.
도 1은 종래의 인공슬관절의 요소를 도시한 도면1 is a view showing elements of a conventional artificial knee joint
도 2는 주조공정을 통해 제조된 임플란트의 부분별 치수가 설계된 치수와 다른 것을 나타낸 도면2 is a view showing that the dimensions of each part of the implant manufactured through the casting process are different from the designed dimensions;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법(S)의 흐름도Figure 3 is a flow chart of a deviation tolerance compensation method (S) using a lamination process according to a preferred embodiment of the present invention
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차측정단계(S20)의 흐름도Figure 4 is a flow chart of the error measurement step (S20) according to an embodiment of the present invention
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차보완단계(S40)의 흐름도Figure 5 is a flow chart of the error compensation step (S40) according to an embodiment of the present invention
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층단계(S41)에서 임플란트의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 것을 도시한 도면6 is a view showing the formation of a metal cladding layer on the surface of an implant in the lamination step (S41) according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 솔리드 스캔단계(S43)에서 적층단계(S41)의 레이저 조사경로를 따라 클래딩층의 두께를 스캔하는 것을 도시한 도면7 is a view showing scanning the thickness of the cladding layer along the laser irradiation path of the lamination step (S41) in the solid scan step (S43) of the present invention.
도 8은 임플란트의 표면에 형성된 공극의 형태를 순차적으로 확대 표시한 전자현미경사진8 is an electron micrograph showing sequentially enlarged voids formed on the surface of an implant.
이하에서는 본 발명에 따른 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.Hereinafter, a separation tolerance compensating method using a lamination process according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that like elements in the drawings are indicated by like numerals wherever possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted. Unless there is a special definition, all terms in this specification are the same as the general meaning of the term understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, and if it conflicts with the meaning of the term used in this specification, the present invention Follow the definitions used in the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니고, 다른 구성요소 또한 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, 어떤 구성요소간 "연결"된다고 할 때, 이는 구성요소끼리 직접 접촉하며 체결된다는 것에 한정되는 것이 아니라 다른 구성요소를 통하여 체결되는 것을 포함하며, 체결되어있지 않더라도 소정의 힘이나 에너지를 전달할 수 있도록 배치된다는 것을 의미할 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain element, this means that it does not exclude other elements unless otherwise stated, and may further include other elements, and the specification Terms such as “~unit” described herein mean a unit that processes at least one function or operation. In addition, when it is said that certain components are "connected", this is not limited to being in direct contact with each other and fastening, but includes fastening through other components, and even if they are not fastened, a predetermined force or energy can be transmitted. It can mean that it is arranged so that Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법(S)의 흐름도이다. 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법(S)은 체내 삽입을 위해 제조되는 인공관절 임플란트에 대해 주조공정에서 발생하는 임플란트의 최대 허용치수와 최소 허용치수 사이를 이탈하는 부분을 솔리드 적층으로 보완함으로써 수정 불가능한 주조품의 복원을 진행하여 불량률을 줄이고 제품성능을 향상하면서, 솔리드 적층과정에서 별도의 검사 시간을 생략할 수 있도록 하여 생산이 효율적인 것을 특징으로 한다. 본 발명은 골시멘트의 사용 없이 press-fit 결합을 통해 상호 결합되거나 뼈에 안착되는 무시멘트형 임플란트에 대해 사용됨이 바람직하나, 골시멘트를 사용하여 목표한 부위에 안착되는 임플란트에 대해서도 사용될 수 있다. 상기 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법(S)은 임플란트를 제조하는 단계로서의 주조단계(S10), 오차측정단계(S20), 기계가공단계(S30), 오차보완단계(S40), 다공성구조 적층단계(S50) 및 후처리단계(S60)를 포함할 수 있다.3 is a flow chart of a separation tolerance compensating method (S) using a lamination process according to a preferred embodiment of the present invention. The deviation tolerance compensation method (S) using the lamination process compensates for the deviation between the maximum allowable dimension and the minimum allowable dimension of the implant produced in the casting process for artificial joint implants manufactured for insertion into the body with solid lamination, which cannot be corrected. It is characterized by efficient production by reducing the defect rate and improving product performance by restoring the cast product, while omitting a separate inspection time in the solid lamination process. The present invention is preferably used for cementless implants that are mutually coupled through press-fit bonding or seated in bone without the use of bone cement, but can also be used for implants that are seated at a target site using bone cement. The deviation tolerance compensation method (S) using the lamination process includes a casting step (S10) as a step of manufacturing an implant, an error measurement step (S20), a machining step (S30), an error compensation step (S40), and a porous structure lamination step. (S50) and a post-processing step (S60).
임플란트를 제조하는 단계는 바람직하게는 주조단계(S10)일 수 있으며, 상기 주조단계(S10)를 포함한 다른 제조단계를 포함할 수도 있다. 상기 주조단계(S10)는 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 단계이다. 임플란트 금형은 설계된 임플란트의 형상을 따라 임플란트의 부위별로 정해진 크기를 가지면서 형성되고, 티타늄, 티타늄 합금 등의 용융금속이 금형 내에서 굳어 임플란트 형상을 띄게 된다. 상기 주조단계(S10)는 용융금속이 금형 내로 주입되는 단계, 금형을 고정하는 단계 및 열처리를 통해 용융금속을 응고시키는 단계 등 주조를 통해 임플란트를 제조하는 세부 과정을 포함할 수 있다. 이때 주조를 통해 제작된 임플란트는 주조단계(S10) 수행중의 열풀림, 열처리 공정 등에 의해 각 부위별로 수축량에 차이가 발생하게 되고, 이에 따라 도 2에서와 같이 부위별로 설계된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다. 도 2에서 도시된 대퇴골요소의 경우, 두께가 두꺼운 관절구 부분은 열에 의한 수축이 덜 되고, 두께가 얇은 부분은 수축이 많이 일어나 오차가 발생할 수 있다. 주조과정에서 발생하는 오차가 최대 허용치수로부터 최소 허용치수인 공차 범위를 벗어나는 것을 이탈공차라 정의할 수 있으며 제품의 불량률과 직결되기 때문에 후술하는 기계가공단계(S30) 및 오차보완단계(S40)에서 이를 보정할 수 있다.The step of manufacturing the implant may preferably be a casting step (S10), and may include other manufacturing steps including the casting step (S10). The casting step (S10) is a step of casting the implant by injecting molten metal into an implant mold. The implant mold is formed while having a size determined for each part of the implant according to the shape of the designed implant, and molten metal such as titanium and titanium alloy hardens in the mold to take on the shape of the implant. The casting step (S10) may include detailed processes for manufacturing an implant through casting, such as injecting molten metal into a mold, fixing the mold, and solidifying the molten metal through heat treatment. At this time, the implant manufactured through casting causes a difference in the amount of shrinkage for each part due to heat loosening and heat treatment process during the casting step (S10), and accordingly, as shown in FIG. 2, it has dimensions different from those designed for each part. can In the case of the femoral bone element shown in FIG. 2, the thick condyle part is less contracted by heat, and the thin part is much contracted, which may cause errors. Deviation tolerance can be defined as the error occurring in the casting process deviating from the maximum allowable dimension to the minimum allowable tolerance range, and since it is directly related to the defective rate of the product, in the machining step (S30) and error compensation step (S40) described later You can correct this.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차측정단계(S20)의 흐름도이다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 오차측정단계(S20)는 상기 주조단계(S10)에서 제조된 임플란트와 임플란트의 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 단계로서, 바람직하게는 임플란트의 각 부위별 치수를 측정하여 설계된 임플란트의 기입력된 3D 데이터와 차이를 비교하여 오차를 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이 설계된 임플란트의 치수와 주조를 통해 제조된 임플란트의 치수는 소정의 차이가 발생하는 것이 불가피하다. 이때 임플란트의 기능을 정상적으로 발현하면서 환자에게 사용될 수 있는 최대 허용치수와 최소 허용치수가 정의되고, 최대 허용치수와 최소 허용치수의 차이가 공차로 정의될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 대퇴골요소에 적용되는 공차는 0.5mm 내지 1mm일 수 있다. 상기 오차측정단계(S20)는 제조된 임플란트의 각 부분 치수와 설계된 임플란트의 3D 데이터를 비교하여 공차를 이탈하는 임플란트 치수를 판단하여 해당 부분을 깎아내거나 적층하여 오차를 보완할 수 있도록 할 수 있다. 상기 오차측정단계(S20)는 치수측정단계(S21), 데이터 비교단계(S23), 오차판단단계(S25) 및 보완위치 지정단계(S27)를 포함할 수 있다.4 is a flowchart of an error measurement step (S20) according to an embodiment of the present invention. 3 and 4, the error measuring step (S20) is a step of measuring an error by comparing the implant manufactured in the casting step (S10) with the design data of the implant, preferably for each part of the implant. The error can be measured by measuring the dimensions and comparing the difference with the pre-input 3D data of the designed implant. It is inevitable that a predetermined difference occurs between the dimensions of the implant designed as described above and the dimensions of the implant manufactured through casting. At this time, the maximum allowable size and the minimum allowable size that can be used for the patient while expressing the function of the implant normally are defined, and the difference between the maximum allowable size and the minimum allowable size may be defined as a tolerance. In one embodiment of the present invention, the tolerance applied to the femoral element may be 0.5 mm to 1 mm. In the error measurement step (S20), the dimensions of each part of the manufactured implant and the 3D data of the designed implant are compared to determine the dimensions of the implant that deviate from the tolerance, and the corresponding part can be cut or laminated to compensate for the error. The error measurement step (S20) may include a size measurement step (S21), a data comparison step (S23), an error determination step (S25), and a complementary position designation step (S27).
상기 치수측정단계(S21)는 상기 주조단계(S10)에서 주조된 임플란트의 치수를 측정한다. 임플란트의 각 부분의 치수가 3D 스캐너 등을 통해 측정될 수 있다. 치수측정단계(S21)는 임플란트 각 부분의 너비, 폭 및/또는 높이를 측정하여 수치화하여 저장하는 것 뿐만 아니라 3D 스캐닝을 통해 측정된 임플란트를 시각화할 수도 있다.The dimension measurement step (S21) measures the dimension of the implant cast in the casting step (S10). Dimensions of each part of the implant may be measured through a 3D scanner or the like. In the dimension measurement step (S21), the measured implant may be visualized through 3D scanning as well as measuring and storing the width, width, and/or height of each part of the implant as digits.
상기 데이터 비교단계(S23)는 임플란트의 치수를 설계 데이터와 비교하는 단계로서, 설계 데이터는 기 설정된 임플란트의 치수를 포함하며 CAD 등의 시각화 가능한 데이터일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 데이터 비교단계(S23)는 측정된 임플란트의 부분별 치수와 설계된 임플란트 데이터의 부분별 치수를 비교하고 그 차이를 오차로 정의하여 수치화할 수 있다.The data comparison step (S23) is a step of comparing the dimensions of the implant with design data, and the design data includes preset dimensions of the implant and may be visualizable data such as CAD. In a preferred embodiment of the present invention, in the data comparison step (S23), the measured dimensions of each part of the implant and the dimensions of each part of the designed implant data are compared, and the difference can be defined as an error and digitized.
상기 오차판단단계(S25)는 주조된 임플란트의 치수와 설계 데이터의 비교결과로부터 공차를 이탈하는 임플란트 오차를 판단하는 단계로서, 주조된 임플란트 각 부분의 치수가 최대 허용치수보다 크거나 최소 허용치수보다 작은 경우 임플란트가 공차를 이탈한 것으로 판단할 수 있으며, 데이터 비교단계(S23)에서 수치화한 임플란트 부분에 따른 오차를 공차와 비교하여 이탈여부를 판단할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 오차판단단계(S25)는 공차를 이탈한 임플란트 치수에 대하여 설계된 데이터의 최대 허용치수보다 큰 치수를 초과오차로 분류하고, 최소 허용치수보다 작은 치수를 부족오차로 분류할 수 있다. 도 2에서와 같이, 주조된 임플란트(Xn)의 일부분의 수치가 설계된 임플란트의 수치보다 큰 경우 T1만큼의 오차가 발생하는데, T1이 최대 허용오차보다 큰 경우 공차를 이탈한 것으로 판단하여 해당 부분의 오차를 초과오차로 분류할 수 있다. 반면, 주조된 임플란트의 일부분의 수치가 설계된 임플란트의 수치보다 작은 경우 T2만큼의 오차가 발생하며, T2가 최대 허용오차보다 큰 경우 공차를 이탈한 것으로 판단하여 해당 부분의 오차를 부족오차로 분류할 수 있다. The error determination step (S25) is a step of determining implant errors that deviate from the tolerance from the comparison result between the dimensions of the cast implant and the design data, wherein the dimensions of each part of the cast implant are larger than the maximum allowable size or smaller than the minimum allowable size. If it is small, it can be determined that the implant is out of tolerance, and whether or not it is out of tolerance can be determined by comparing the error according to the implant part digitized in the data comparison step (S23) with the tolerance. In a preferred embodiment of the present invention, in the error determination step (S25), a dimension larger than the maximum allowable dimension of the designed data for the implant dimension out of tolerance is classified as an excess error, and a dimension smaller than the minimum allowable dimension is classified as an insufficient error. can be classified as As shown in FIG. 2, when the numerical value of the part of the cast implant Xn is greater than the numerical value of the designed implant, an error of T1 occurs. Errors can be classified as excess errors. On the other hand, if the value of a part of the cast implant is smaller than that of the designed implant, an error of T2 occurs, and if T2 is greater than the maximum tolerance, it is judged to be out of tolerance and the error of that part is classified as insufficient error. can
상기 보완위치 지정단계(S27)는 상기 오차판단단계(S25)에서 초과오차 및/또는 부족오차로 판단된 수치를 가지는 임플란트의 소정 부분에 대하여 보완위치를 지정하는 단계로서, 초과오차와 부족오차를 가지는 부분이 달리 지정됨이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 초과오차의 경우 후술하는 기계가공단계(S30)를 통해 표면이 절삭되거나 연마되어 보완될 수 있고, 부족오차의 경우 후술하는 오차보완단계(S40)에서 적층 등을 통해 보완될 수 있으므로 초과오차와 부족오차를 가지는 임플란트의 각 부분은 서로 다른 지시자로 지정될 수 있다.The supplementary position designation step (S27) is a step of designating a supplementary position for a predetermined part of the implant having a numerical value determined to be an excess error and/or an insufficient error in the error determination step (S25). It is preferable that the holding part be designated differently. In a preferred embodiment of the present invention, in the case of an excess error, the surface can be cut or polished to compensate through a machining step (S30) to be described later, and in the case of an insufficient error, lamination, etc. Therefore, each part of the implant having excess error and insufficient error can be designated with different indicators.
다시 도 3을 참고하면, 상기 기계가공단계(S30)는 기계를 통하여 임플란트의 표면을 처리하는 단계로서 임플란트의 표면을 절삭하거나 연마하는 등의 과정을 통해 초과오차를 보완하는 과정이다. 상기 기계가공단계(S30)는 임플란트를 파지한 상태에서 다축이동 가능하도록 임플란트를 고정하고 연마기 등을 임플란트 표면에 접근시켜 임플란트 표면을 연마하는 과정을 통하여 주조된 임플란트의 표면을 깎아낼 수 있고, 이를 통하여 설계 수치보다 크게 형성되거나 튀어나온 부분인 초과오차를 처리할 수 있다. 상기 기계가공단계(S30)에서는 표면적을 증대시키는 블라스팅 등이 추가로 시행될 수 있다. Referring back to FIG. 3 , the machining step (S30) is a step of processing the surface of the implant through a machine, and is a process of compensating for an excess error through a process such as cutting or polishing the surface of the implant. In the machining step (S30), the surface of the cast implant can be cut through a process of fixing the implant so that it can be moved multi-axis while holding the implant, and polishing the surface of the implant by bringing a grinder or the like close to the surface of the implant, which Through this, it is possible to handle excess error, which is a part formed larger than the design value or protruding. In the machining step (S30), blasting to increase the surface area may be additionally performed.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차보완단계(S40)의 흐름도이다. 도 5를 참고하면, 상기 오차보완단계(S40)는 상기 오차측정단계(S25)에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 단계로서, 바람직하게는 상기 주조단계(S10)에서 주조된 임플란트의 표면에 금속을 적층함으로써 부족오차를 보완할 수 있다. 상기 오차보완단계(S40)는 임플란트의 오차가 설계된 치수보다 작은 경우 해당 부분에 금속을 적층할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 도 2에서 임플란트의 페그 또는 뼈와 접촉하게 되는 접촉면에서 T2의 오차를 가지면서 설계된 치수보다 작게 형성되는 부분에 대해 오차보완단계(S40)가 수행될 수 있다. 상기 오차보완단계(S40)는 적층단계(S41), 솔리드 스캔단계(S43)를 포함하며, 상기 솔리드 스캔단계(S43)에서의 스캔결과에 따라 재적층단계(S43)를 더 포함할 수 있다.5 is a flowchart of an error compensating step (S40) according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the error compensating step (S40) is a step of supplementing the dimensions of the implant within a tolerance range based on the error measured in the error measuring step (S25), preferably in the casting step (S10). Lack of error can be compensated for by laminating metal on the surface of the cast implant. In the error compensating step (S40), if the error of the implant is smaller than the designed dimension, metal may be laminated on the corresponding part. In a preferred embodiment of the present invention, in FIG. An error compensating step (S40) may be performed on a part formed smaller than the designed dimension while having an error of . The error compensating step (S40) includes a stacking step (S41) and a solid scan step (S43), and may further include a re-stacking step (S43) according to the scan result in the solid scan step (S43).
도 6 및 도 7을 참고하여 이하를 설명하면, 상기 적층단계(S41)는 임플란트의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 단계로서, 바람직하게는 부족오차를 가진 임플란트 부분의 표면에 금속 클래딩층을 적층함으로써 부족오차를 보완할 수 있다. 보완위치로 지정된 부족오차를 가지는 부분에 대해 적층단계(S41)를 통해 이탈공차를 보완함으로써 불량으로 처리되는 재고를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 적층단계(S41)는 금속 분말을 보조가스와 함께 임플란트 표면에 공급하고, 레이저 열원으로 용융시켜 수mm 이상의 두께로 금속을 적층하는 단계이다. 주조단계(S10)에서 코발트크롬(CoCr) 합금이나 티타늄 합금 등을 소재로 하여 임플란트가 주조되기 때문에 상기 적층단계(S41)는 주조단계(S10)에 사용된 소재와 동일한 소재의 파우더가 사용될 수 있다. 상기 적층단계(S41)는 임플란트 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 금속 클래딩층을 솔리드 표면으로 조성할 수 있다. 상기 적층단계(S41)를 통해 형성된 솔리드 표면은 주조단계(S10)에서 조성된 임플란트 표면보다 경도 및 항목강도가 향상된 것을 특징으로 한다. Referring to FIGS. 6 and 7, the lamination step (S41) is a step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant, and preferably, the metal cladding layer is laminated on the surface of the implant part having an insufficient error. By doing so, the lack of error can be compensated. By supplementing the deviation tolerance through the stacking step (S41) for the part having the insufficient error designated as the supplementary position, it is possible to reduce the inventory processed as defective. In a preferred embodiment of the present invention, the stacking step (S41) is a step of supplying metal powder to the surface of the implant together with an auxiliary gas, melting it with a laser heat source, and laminating the metal to a thickness of several mm or more. In the casting step (S10), since the implant is cast using a cobalt chrome (CoCr) alloy or a titanium alloy as a material, the lamination step (S41) can use powder of the same material as the material used in the casting step (S10) . In the stacking step (S41), the metal cladding layer may be formed into a solid surface by spraying metal powder on the surface of the implant and irradiating laser to melt and sinter the metal powder. The solid surface formed through the lamination step (S41) is characterized in that hardness and item strength are improved compared to the implant surface formed in the casting step (S10).
상기 솔리드 스캔단계(S43)는 임플란트 표면에 적층된 클래딩층의 두께를 스캔하는 단계로서, 상기 적층단계(S41)에서 레이저 조사경로를 따라 형성되는 클래딩층의 두께를 스캔할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 솔리드 스캔단계(S43)는 적층단계(S41)와 동시에 수행될 수 있는데, 상기 적층단계(S41)의 레이저 조사경로를 따라 스캔경로를 형성하면서 금속 분말의 소결 시 형성되는 두께를 실시간으로 스캔할 수 있다. 상기 솔리드 스캔단계(S43)는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 적층단계(S41)를 수행하는 적층용 레이저 조사모듈(L1) 및 소재 분사모듈과 연결된 스캔용 레이저 조사모듈(L2)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 부족오차를 가져 솔리드 표면의 적층을 통해 보완되는 영역에 대해 적층용 레이저 조사모듈(L1)로부터 조사되는 레이저 스팟이 지나가는 경로를 따라 스캔용 레이저 조사모듈(L2)이 움직이면서 적층되는 솔리드 표면, 즉 클래딩층의 두께를 실시간으로 계산할 수 있다. 솔리드 스캔단계(S43)에서 해당 부분의 임플란트 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작아 공차를 아직 이탈하고 있는 경우 추가로 클래딩층을 형성하기 위하여 재적층단계(S45)가 수행될 수 있다. 솔리드 스캔단계(S43)에서 해당 부분의 임플란트 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 큰 경우에는 추가적인 클래딩층의 적층이 수행되지 않도록 함이 바람직하다.The solid scan step (S43) is a step of scanning the thickness of the cladding layer stacked on the implant surface, and the thickness of the cladding layer formed along the laser irradiation path in the stacking step (S41) can be scanned. In a preferred embodiment of the present invention, the solid scan step (S43) may be performed simultaneously with the lamination step (S41), when the metal powder is sintered while forming a scan path along the laser irradiation path of the lamination step (S41). The thickness to be formed can be scanned in real time. As shown in FIG. 7, the solid scan step (S43) will be performed by the laser irradiation module (L1) for lamination and the laser irradiation module (L2) for scanning connected to the material ejection module that performs the lamination step (S41). can Therefore, the laser irradiation module for scanning (L2) moves along the path where the laser spot irradiated from the laser irradiation module (L1) passes for the area compensated by the lamination of the solid surface due to the lack of error. The solid surface, That is, the thickness of the cladding layer can be calculated in real time. In the solid scan step (S43), if the sum of the implant dimension and the thickness of the cladding layer is less than the minimum allowable dimension and still deviate from the tolerance, a re-stacking step (S45) may be performed to form an additional cladding layer. there is. In the solid scan step (S43), when the sum of the dimensions of the implant and the thickness of the cladding layer is greater than the minimum allowable dimension, it is preferable not to stack additional cladding layers.
상기 재적층단계(S45)는 적층단계(S41)와 유사하게 임플란트의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 단계로서, 바람직하게는 솔리드 스캔단계(S43)를 거친 후 임플란트 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 부분에 추가로 클래딩층을 형성함으로써 부족오차를 보완할 수 있다. 상기 재적층단계(S45)가 수행된 후에 솔리드 스캔단계(S43)가 다시 수행되어 클래딩층의 두께를 다시 계산할 수 있으며, 임플란트 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 경우 재적층단계(S45)가 다시 수행됨으로써 상기 재적층단계(S45)는 복수 회 수행될 수 있다. The re-stacking step (S45) is a step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant similarly to the lamination step (S41). Insufficient error can be compensated for by additionally forming a cladding layer in a portion smaller than the minimum allowable size. After the re-stacking step (S45) is performed, the solid scan step (S43) is performed again to recalculate the thickness of the cladding layer, and if the sum of the implant dimension and the thickness of the cladding layer is smaller than the minimum allowable dimension, the re-stacking step As (S45) is performed again, the re-stacking step (S45) may be performed a plurality of times.
다시 도 3 및 도 8을 참고하면, 상기 다공성구조 적층단계(S50)는 다수의 공극을 가진 다공성구조를 적층하는 단계로서, 임플란트의 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 상기 다공성구조 적층단계(S50)는 레이저의 조사속도 및 패턴을 조절하여 공극을 형성함이 바람직하다. Referring back to FIGS. 3 and 8 , the porous structure stacking step (S50) is a step of stacking a porous structure having a plurality of pores, by spraying metal powder on the surface of the implant and irradiating laser to remove the metal powder. It can be done by melting and sintering. In a preferred embodiment of the present invention, in the porous structure stacking step (S50), it is preferable to form voids by adjusting the irradiation speed and pattern of the laser.
상기 다공성구조는 인체 이식시 골과의 초기결합시간을 줄여 시술의 성공률을 담보하기 위해 임플란트의 금속표면에 금속쾌속조형기술을 이용하여 금속분말로 형성되며, 형성과정에서 공구경로 및 레이저 공정조건을 이용하여 코팅두께 200~1000㎛, 다공성구조 내 공극의 크기 150~800㎛, 공극률 40~70 부피%로 형성되어, 공극률이 높으면서도 임플란트와 다공성구조 내 금속분말간의 접착력을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. The porous structure is formed of metal powder using metal rapid prototyping technology on the metal surface of the implant to ensure the success rate of the procedure by reducing the initial bonding time with bone during human implantation, and the tool path and laser process conditions are used in the formation process. It is formed with a coating thickness of 200 ~ 1000㎛, pore size in the porous structure of 150 ~ 800㎛, and porosity of 40 ~ 70% by volume, so that the adhesion between the implant and the metal powder in the porous structure can be increased while the porosity is high to be
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 도 8에서와 같이 다공성구조 내 형성되는 공극과 공극이 상호 연결되도록 하여 공극 내로 성장하는 골과 골이 서로 연결되어 골유착력을 증대시킬 수 있도록 하는데, '우측-전진-좌측-전진'이 지속적으로 반복되는 레이저 조사경로를 따라 다공성구조를 형성함으로써, 다공성구조 내 공극과 공극이 상호 연결되는 비율과 규칙성을 증대시켜 공극 내로 성장하는 골과 골간의 연결관계를 향상시켜 골유착력을 상대적으로 증대시킬 수 있다. 도 8의 (1)과 (2)는 형성된 공극의 형태를 순차적으로 확대 표시한 전자현미경사진이다.In a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the voids formed in the porous structure are connected to each other so that the bones growing into the voids are connected to each other to increase the osseointegration force. -By forming a porous structure along the laser irradiation path in which 'left-forward' is continuously repeated, the ratio and regularity of interconnection between voids in the porous structure are increased to improve the connection between bones growing into the voids and bones. This can increase osseointegration relatively. 8 (1) and (2) are electron micrographs sequentially enlarged and displaying the shape of the formed pores.
다시 도 3을 참고하면, 상기 후처리단계(S60)는 임플란트의 제조 후 임플란트의 표면을 가공하여 여려가지 긍정적인 특성을 발현하기 위한 것으로, 미세 표면적을 증대시키거나 표면을 친수성으로 처리하는 등의 공정을 통해 임플란트 시술 시 시술 효과를 향상시키도록 수행될 수 있다. 상기 후처리단계(S60)는 자외선, 플라즈마 등을 사용하여 임플란트의 표면을 친수성으로 처리함으로써 초기 골과의 부착력을 강화시킬 수 있다.Referring to FIG. 3 again, the post-processing step (S60) is to process the surface of the implant after manufacturing the implant to express various positive characteristics, such as increasing the micro surface area or treating the surface to be hydrophilic. Through the process, it can be performed to improve the treatment effect during implant treatment. In the post-processing step (S60), adhesion to the initial bone can be strengthened by treating the surface of the implant to be hydrophilic using ultraviolet light, plasma, or the like.
본 발명에 대하여 인공슬관절 대퇴골요소와 경골요소를 기준으로 설명하였으나, 인공견관절 및 인공고관절에도 사용될 수 있다.Although the present invention has been described based on the femoral and tibial elements of the artificial knee joint, it can also be used for artificial shoulder joints and artificial hip joints.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and describe preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope equivalent to the written disclosure and / or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application field and use of the present invention are also possible. Therefore, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to cover other embodiments as well.

Claims (10)

  1. 임플란트를 제조하는 단계, 제조된 임플란트와 설계 데이터를 비교하여 오차를 측정하는 오차측정단계 및 상기 오차측정단계에서 측정된 오차를 기반으로 임플란트의 치수를 공차 범위 내로 보완하는 오차보완단계를 포함하되,Manufacturing an implant, an error measuring step of measuring an error by comparing the manufactured implant and design data, and an error compensating step of compensating the dimensions of the implant within the tolerance range based on the error measured in the error measuring step,
    상기 오차보완단계는 제조된 임플란트의 표면에 금속을 적층하여 오차를 보완하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.The deviation tolerance compensation method using a lamination process, characterized in that the error compensation step compensates for the error by laminating metal on the surface of the manufactured implant.
  2. 제1항에 있어서, 상기 임플란트를 제조하는 단계는 임플란트 금형에 용융금속을 주입하여 임플란트를 주조하는 주조단계이고, The method of claim 1, wherein the manufacturing of the implant is a casting step of casting the implant by injecting molten metal into an implant mold,
    상기 오차측정단계는 주조된 임플란트의 치수를 측정하는 치수측정단계, 임플란트의 치수를 설계 데이터와 비교하는 데이터 비교단계, 상기 주조된 임플란트의 치수와 설계 데이터의 비교결과로부터 공차를 이탈하는 임플란트 오차를 판단하는 오차판단단계 및 임플란트 상에서 오차 보완을 수행할 위치를 지정하는 보완위치 지정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.The error measurement step is a dimension measurement step of measuring the dimension of the cast implant, a data comparison step of comparing the dimension of the implant with design data, and an implant error that deviate from the tolerance from the result of comparing the dimension of the cast implant and the design data. A deviation tolerance compensation method using a lamination process, characterized in that it comprises an error determination step for determining and a supplementary position designation step for designating a position on the implant to perform error compensation.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오차판단단계는 공차를 이탈한 임플란트 치수에 대하여 설계된 데이터의 최대 허용치수보다 큰 치수를 초과오차로 분류하고, 최소 허용치수보다 작은 치수를 부족오차로 분류하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.The method of claim 2, wherein the error determination step classifies a dimension larger than the maximum allowable dimension of the designed data for the implant dimension out of tolerance as an excess error, and classifies a dimension smaller than the minimum allowable dimension as an insufficient error. Departure tolerance compensation method using lamination process.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법은 오차측정단계 이후에 기계가공을 통하여 임플란트의 표면을 깎아 초과오차를 보정하는 기계가공단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.The method of claim 3, wherein the deviation tolerance compensation method using the lamination process further comprises a machining step of correcting an excess error by shaving the surface of the implant through machining after the error measurement step. Deviation Tolerance Compensation Method.
  5. 제3항에 있어서, 오차보완단계는 상기 오차판단단계에서 부족오차를 가진 임플란트의 부분에 대하여 금속을 적층하여 상기 부족오차를 보완하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.[Claim 4] The method of claim 3, wherein in the error compensating step, the lack of error is supplemented by laminating a metal on the part of the implant having an insufficient error in the error determination step.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오차보완단계는 임플란트의 표면에 금속 클래딩층을 형성하는 적층단계, 임플란트 표면에 적층된 클래딩층의 두께를 스캔하는 솔리드 스캔단계 및 상기 솔리드 스캔단계에서 임플란트의 치수와 클래딩층의 두께의 합이 최소 허용치수보다 작은 경우 추가로 클래딩층을 형성하는 재적층단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.6. The method of claim 5 , wherein the error compensating step includes a lamination step of forming a metal cladding layer on the surface of the implant, a solid scan step of scanning the thickness of the cladding layer laminated on the surface of the implant, and a size and cladding of the implant in the solid scan step. A deviation tolerance compensation method using a lamination process comprising a re-lamination step of forming an additional cladding layer when the sum of the thicknesses of the layers is smaller than the minimum allowable dimension.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적층단계와 재적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하여 금속 클래딩층을 솔리드 표면으로 조성하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.7. The lamination process according to claim 6 , wherein the lamination step and the re-lamination step comprise forming the metal cladding layer into a solid surface by spraying metal powder on the surface and irradiating laser to melt and sinter the metal powder. Departure tolerance compensation method using
  8. 제7항에 있어서, 솔리드 스캔단계는 상기 적층단계와 동시에 수행되어 상기 적층단계의 레이저 조사경로를 따라 형성되는 클래딩층의 두께를 실시간으로 스캔하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.[8] The method of claim 7, wherein the solid scanning step is performed simultaneously with the lamination step to scan the thickness of the cladding layer formed along the laser irradiation path of the lamination step in real time.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 오차보완단계의 수행 후 다수의 공극을 가진 다공성구조를 적층하는 다공성구조 적층단계를 더 포함하고, The method of any one of claims 1 to 8, further comprising a porous structure laminating step of laminating a porous structure having a plurality of pores after performing the error compensating step,
    상기 다공성구조 적층단계는 표면상에 금속 분말을 분사하며 레이저를 조사하여 상기 금속 분말을 용융 및 소결하되 레이저의 조사속도 및 패턴을 조절하여 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.In the porous structure lamination step, metal powder is sprayed on the surface and laser is irradiated to melt and sinter the metal powder, but the laser irradiation speed and pattern are adjusted to form voids. method.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트는 인공관절 치환술에 적용되는 무시멘트 임플란트인 것을 특징으로 하는 적층공정을 이용한 이탈공차 보완방법.The method of compensating deviation tolerance using a laminating process according to any one of claims 1 to 8, wherein the implant is a cementless implant applied to artificial joint replacement.
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