假體部件的製作方法
2023-06-17 01:03:41 1
本實用新型涉及醫療器械技術領域，具體而言，涉及一種假體部件。
背景技術：
目前，在醫學植入物製造時經常會遇到對一件產品的不同部位有不同的材料需求。具體地，植入物與人體軟組織或骨組織相貼合的界面部位的材料需要設置為多孔材料，例如，多孔生物型陶瓷或具有良好生物力學特性的多孔金屬，這樣才能使未來人體細胞組織可以長入多孔材料內部的孔隙從而形成組織融合；而植入物上與此相對的另一側則需要另一種較為緻密的實體材料，例如耐磨性高的金屬，這樣才能提供必要的力學性能，滿足功能性要求。在現有技術中，上述多孔材料和實體材料之間通常採用粘接、焊接、鉚接等工藝結合到一起，但是通過這些方法形成的結合部位的強度不高，在植入物使用過程中容易發生斷裂脫落，影響植入物使用性能。
技術實現要素：
本實用新型的主要目的在於提供一種假體部件，以解決現有技術中的假體部件的多孔材料和實體材料之間結合強度不高的問題。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種假體部件，包括多孔層、設置在多孔層一側的金屬實體層以及設置在多孔層和金屬實體層之間的熔覆層，熔覆層包括多孔基體以及通過熔覆技術滲入至多孔基體的孔中的金屬滲入結構，多孔基體與多孔層連接，金屬滲入結構與金屬實體層連接。
進一步地，金屬滲入結構與金屬實體層為通過熔覆技術形成的一體成型結構。
進一步地，多孔基體與多孔層為一體成型結構。
進一步地，金屬滲入結構的材質的熔點低於多孔基體的材質的熔點。
進一步地，金屬滲入結構的材質為鈦合金、鎂合金、鈷合金或不鏽鋼。
進一步地，多孔基體的材質為多孔生物陶瓷或多孔鉭金屬。
進一步地，假體部件為髖關節假體部件。
應用本實用新型的技術方案，在多孔層和金屬實體層之間設置熔覆層，該熔覆層包括多孔基體以及金屬滲入結構，上述金屬滲入結構通過熔覆技術滲入至多孔基體的孔中。在使用上述熔覆技術時，待熔覆材料(金屬)熔融形成的金屬熔液(熔滴或熔池)滲入至多孔基體的孔中，待冷卻凝固後形成金屬滲入結構，並且該金屬滲入結構包繞嵌合在多孔基體中以形成熔覆層。由於多孔基體與多孔層連接，金屬滲入結構與金屬實體層連接，上述熔覆層可以使多孔層和金屬實體層結合在一起，在兩者之間形成牢固的融合界面，並且結合部位強度高，在植入物使用過程中不易發生斷裂脫落，保證了植入物的使用穩定性。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：
圖1示出了根據本實用新型的假體部件的實施例的局部結構示意圖；
圖2示出了圖1的假體部件的一種製造方法的製造工作狀態示意圖；
圖3示出了圖2的假體部件的製造方法的流程示意圖；
圖4示出了圖1的假體部件的另一種製造方法的第一製造工作狀態示意圖；
圖5示出了圖4的假體部件的製造方法的第二製造工作狀態示意圖；以及
圖6示出了圖4的假體部件的製造方法的流程示意圖。
其中，上述附圖包括以下附圖標記：
10、多孔層；20、金屬實體層；30、熔覆層；31、多孔基體；32、金屬滲入結構；40、待熔覆材料；50、高能束髮生裝置；51、高能束出口；61、第一滾輪；62、第二滾輪；63、粉末輸送通道；631、粉末出口。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
為了便於描述，在這裡可以使用空間相對術語，如「在……之上」、「在……上方」、「在……上表面」、「上面的」等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特徵與其他器件或特徵的空間位置關係。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為「在其他器件或構造上方」或「在其他器件或構造之上」的器件之後將被定位為「在其他器件或構造下方」或「在其他器件或構造之下」。因而，示例性術語「在……上方」可以包括「在……上方」和「在……下方」兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位旋轉90度或處於其他方位，並且對這裡所使用的空間相對描述作出相應解釋。
如圖1所示，本實施例的假體部件為髖關節假體部件。上述假體部件包括多孔層10、設置在多孔層10一側的金屬實體層20以及設置在多孔層10和金屬實體層20之間的熔覆層30。其中，熔覆層30包括多孔基體31以及通過熔覆技術滲入至多孔基體31的孔中的金屬滲入結構32。多孔基體31與多孔層10連接。金屬滲入結構32與金屬實體層20連接。
應用本實施例的假體部件，在多孔層10和金屬實體層20之間設置熔覆層30，該熔覆層30包括多孔基體31以及金屬滲入結構32，上述金屬滲入結構32通過熔覆技術滲入至多孔基體31的孔中。在使用上述熔覆技術時，待熔覆材料(金屬)熔融形成的金屬熔液(熔滴或熔池)滲入至多孔基體31的孔中，待冷卻凝固後形成金屬滲入結構32，並且該金屬滲入結構32包繞嵌合在多孔基體31中以形成熔覆層30。由於多孔基體31與多孔層10連接，金屬滲入結構32與金屬實體層20連接，上述熔覆層30可以使多孔層10和金屬實體層20結合在一起，在兩者之間形成牢固的融合界面，並且結合部位強度高，在植入物使用過程中不易發生斷裂脫落，保證了植入物的使用穩定性。
如圖1所示，在本實施例的假體部件中，金屬滲入結構32與金屬實體層20為通過熔覆技術形成的一體成型結構。多孔基體31與多孔層10為一體成型結構。在假體部件製作過程中，待熔覆材料熔融形成的金屬熔液滲入至多孔基體31的孔中，待冷卻凝固後形成金屬滲入結構32並形成熔覆層30。此後，將上述待熔覆材料繼續熔融，金屬熔液在熔覆層30的表面上逐層堆積形成金屬實體層20。上述金屬實體層20和金屬滲入結構32都是由金屬熔液形成的，兩者形成一體成型結構，這樣可以使金屬實體層20和金屬滲入結構32牢固地結合在一起，進而使金屬實體層20與多孔層10可靠地結合在一起。
當然，金屬滲入結構32與金屬實體層20的設置方式不限於此，在圖中未示出的其他實施方式中，金屬滲入結構與金屬實體層可以直接通過焊接、鉚接等方式連接在一起，由於金屬滲入結構也為緻密的金屬實體材料，當金屬滲入結構與金屬實體層連接在一起時，兩者之間的連接強度相比於現有技術的金屬實體層與多孔層直接連接的連接強度也會高一些。
在本實施例的假體部件中，金屬滲入結構32的材質的熔點低於多孔基體31的材質的熔點。在使用熔覆技術製造假體部件時，多孔基體31通常選擇具有較高熔點溫度(2000℃以上)的材質，金屬滲入結構32(待熔覆材料)則選擇熔點溫度稍微低一些的金屬材料，這樣可以保證在進行熔覆工藝加工時多孔基體31能保持完好的原有多孔形態，不會在待熔覆材料的溫度的影響下產生變形。在本實施例中，金屬滲入結構32的材質(待熔覆材料)為鈦合金、鎂合金、鈷合金、不鏽鋼等，多孔基體31的材質為多孔生物陶瓷、多孔鉭金屬等。
如圖2和圖3所示，本實施例的假體部件的一種製造方法，依次包括如下步驟：
步驟S10：製得多孔坯體，多孔坯體包括多孔層10以及形成在多孔層10的一側的多孔基體31；
步驟S20：在多孔坯體的多孔基體31的表面通過熔覆裝置將金屬絲熔化形成第一金屬熔滴，第一金屬熔滴滲入至多孔基體31的孔中並與多孔基體31融合形成熔覆層；
步驟S30：在熔覆層的表面繼續通過熔覆裝置將金屬絲熔化形成第二金屬熔滴，第二金屬熔滴在熔覆層的表面上逐層堆積形成金屬實體層；
步驟S40：得到假體部件。
需要說明的是，在步驟S10中，多孔坯體為一個整體多孔結構，該多孔結構的表層部分形成多孔基體31，其餘部分形成多孔層10。在步驟S20和步驟S30中，第一金屬熔滴和第二金屬熔滴為金屬絲熔化形成的同種金屬，即熔覆層中第一金屬熔滴形成的金屬滲入結構與金屬實體層為一體結構，這樣能夠保證最終形成的熔覆層和金屬實體層之間的連接強度。
如圖2所示，在上述假體部件的製造方法中，熔覆裝置包括用於發出高能束的高能束髮生裝置50以及輸送裝置。高能束髮生裝置50具有高能束出口51。在本實施例中，高能束為雷射，即熔覆技術為雷射熔覆技術。上述雷射從高能束出口51發出。輸送裝置將待熔覆材料40輸送至高能束出口51的下方。在本實施例中，輸送裝置包括相對設置的兩組第一滾輪61和第二滾輪62，第一滾輪61和第二滾輪62共同夾持金屬絲，第一滾輪61和第二滾輪62共同轉動可以帶動金屬絲向高能束出口51的方向移動。當然，高能束不限於此，在其他實施方式中，高能束可以為電弧、電子束或等離子束等其他高能束。
需要說明的是，本實施例的待熔覆材料40為金屬絲，輸送裝置為與上述金屬絲相配合的滾輪結構。當然，待熔覆材料40不限於此，在其他實施方式中，待熔覆材料可以為其他形式的材料。
在上述假體部件的製造方法中，多孔基體31的孔隙為三維聯通的孔洞，孔隙孔徑為50～3000微米，這樣便與待熔覆材料40滲透進入。上述待熔覆材料40在高能束的高溫作用下熔化形成第一金屬熔滴時，不同材料不同溫度下的熔液其表面張力大小也會有所不同。而在相同表面張力作用下，熔液向多孔基體31內部滲透進入的深度與孔隙孔徑有關係。因此，通過選擇待熔覆材料40、熔化溫度以及多孔基體31的孔隙孔徑可以有效控制金屬滲入結構滲入至多孔基體31的深度。
如圖2所示，在上述假體部件的製造方法中，將高能束導入到靠近多孔基體31表面的特定區域，同時通過輸送裝置將金屬絲送入上述高能束形成的高溫區，並在此區域升溫熔化形成第一金屬熔滴，該第一金屬熔滴將滲透進入多孔基體31的孔隙內部並逐漸冷卻凝固，最終與多孔基體31共同形成相互包繞滲入的熔覆層。此後，在熔覆層的表面持續進行金屬絲熔覆過程，使金屬絲熔化形成的第二金屬熔滴在熔覆層的表面連續疊加堆積得到具有所需要的體積的金屬實體層，上述金屬實體層便於後續加工得到所需的相關假體部件。
如圖4至圖6所示，本實施例的假體部件的另一種製造方法，依次包括如下步驟：
步驟S10：製得多孔坯體，多孔坯體包括多孔層10以及形成在多孔層10的一側的多孔基體31；
步驟S20：在多孔坯體的多孔基體31的表面通過熔覆裝置將金屬粉末熔化形成第一金屬熔池，第一金屬熔池滲入至多孔基體31的孔中並與多孔基體31融合形成熔覆層30；
步驟S30：在熔覆層30的表面繼續通過熔覆裝置將金屬粉末熔化形成第二金屬熔池，第二金屬熔池在熔覆層30的表面上逐層堆積形成金屬實體層20；
步驟S40：得到假體部件。
需要說明的是，在步驟S10中，多孔坯體為一個整體多孔結構，該多孔結構的表層部分形成多孔基體31，其餘部分形成多孔層10。在步驟S20和步驟S30中，第一金屬熔池和第二金屬熔池為金屬粉末熔化形成的同種金屬，即熔覆層30中第一金屬熔池形成的金屬滲入結構32與金屬實體層20為一體結構，這樣能夠保證最終形成的熔覆層30和金屬實體層20之間的連接強度。
如圖4和圖5所示，在上述假體部件的製造方法中，熔覆裝置包括用於發出高能束的高能束髮生裝置50以及輸送裝置。高能束髮生裝置50具有高能束出口51。在本實施例中，高能束為雷射，即熔覆技術為雷射熔覆技術。上述雷射從高能束出口51發出。輸送裝置將待熔覆材料40輸送至高能束出口51的下方。在本實施例中，輸送裝置包括用於輸送金屬粉末的粉末輸送通道63。粉末輸送通道63具有粉末出口631。該粉末出口631設置在高能束出口51的下方，從而使金屬粉末輸送到高能束出口51的下方。當然，高能束不限於此，在其他實施方式中，高能束可以為電弧、電子束或等離子束等其他高能束。
在上述假體部件的製造方法中，多孔基體31的孔隙為三維聯通的孔洞，孔隙孔徑為50～3000微米，這樣便與待熔覆材料40滲透進入。上述待熔覆材料40在高能束的高溫作用下熔化形成第一金屬熔池時，不同材料不同溫度下的熔液其表面張力大小也會有所不同。而在相同表面張力作用下，熔液向多孔基體31內部滲透進入的深度與孔隙孔徑有關係。因此，通過選擇待熔覆材料40、熔化溫度以及多孔基體31的孔隙孔徑可以有效控制金屬滲入結構32滲入至多孔基體31的深度。
如圖4和圖5所示，在上述假體部件的製造方法中，將高能束導入到靠近多孔基體31表面的特定區域，同時通過輸送裝置將金屬粉末送入上述高能束形成的高溫區，並在此區域升溫熔化形成第一金屬熔池，該第一金屬熔池將滲透進入多孔基體31的孔隙內部並逐漸冷卻凝固，最終與多孔基體31共同形成相互包繞滲入的熔覆層30(第一製造工作狀態)。此後，在熔覆層30的表面持續進行金屬粉末熔覆過程，使金屬粉末熔化形成的第二金屬熔池在熔覆層30的表面連續疊加堆積得到具有所需要的體積的金屬實體層20(第二製造工作狀態)，上述金屬實體層20便於後續加工得到所需的相關假體部件。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。