[发明专利]医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及医用植入体的制造技术，具体是指医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法及装置。

背景技术

当前，医用植入体已在临床上得到了广泛的应用，如义牙、正畸矫治器、骨骼缺损修复块、人工关节、脊柱矫形内固定系统等。这些医用植入体零件具有生产周期短、个性化程度强、结构复杂、单件小批量等特点，一些传统的零件加工技术(车、刨、铣、磨)难以胜任医用植入体零件的制作。

快速成型技术(Rapid Prototyping-RP)是一项20世纪80年代后期由工业发达国家率先开发的新技术，其主要技术特征是成型的快捷性及成型结构的复杂性，能自动、快捷地将具有复杂结构的三维CAD模型转变成一定功能的产品原型或直接制造零部件，因而该项技术特别适合医用植入体的制作。

快速成型技术有多种工艺方法，其中选区激光烧结快速成型技术已发展的比较成熟。该技术采用铺粉辊将一层粉末平铺在已成型零件的上表面，先将粉末预热到烧结点下的某一温度，然后控制系统控制激光束按照当前图层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升高，粉末中低熔点的成份熔化，通过液相烧结，使未熔化的成份粘结起来，同时也使当前层与下面已成型的部分实现粘接。当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊又在上面铺一层粉末，进行新一图层截面轮廓的烧结，直至完成整个三维实体模型的成型。可用于选区激光烧结的材料较多，常用的有石蜡、尼龙、聚碳酸酯、金属粉末等。该技术的特点是制造工艺比较简单，成型材料范围广，材料利用率高，价格便宜，无需支撑结构。

由于选区激光烧结技术既具有快捷、成型不受零件复杂程度影响的通用快速成型技术特点，又具有成型工艺简单、材料利用率高、可选材料广泛等特点，因而在医用植入体领域得到了广泛应用。

但是选区激光烧结技术是基于烧结成型的原理，即烧结温度在材料熔点以下，因而所获得的蜡型多孔疏松，还需经渗蜡后处理才能用于铸造成型。并且通常采用烧结法成型蜡模，必须进行预热预处理，使成型室的气氛温度接近烧结温度才可进行烧结成型，预热装置的存在增加了设备制造成本、也加长了整个烧结成型时间。

此外，当前快速成型工艺中，多数需要将三维CAD模型转化为STL格式，再进行二维切片获得切片数据。但是STL格式数据存在数据冗余，文件庞大；缺乏拓扑信息，容易出现悬面、悬边、点扩散、面重叠、孔洞等错误，以及存在曲面误差，诊断与修复困难的不足。这使使得在实际成形中所得到的产品原型的成形精度不高，表面质量不好。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的缺点与不足，提供医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法，其采用完全熔化的方式实现成型，成型蜡模组织致密，无需渗蜡后处理，且可以实现成型设备小型化，降低设备制造成本，缩短成型时间。

本发明的目的还在于提供实现上述医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法的装置。

本发明通过下述技术方案实现：本医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法，包括以下步骤：

(1)测量病人器官的外形结构数据，作为制造相应医用植入体的原始数据；

(2)采用三维CAD软件将原始数据转化为三维CAD模型，并进行二次加工(如对牙科植入体添加正畸矫治器、对病变器官进行整形、去除多余的假牙等)，然后再进行切片处理，从而获得医用植入体的多层切片的二维CAD数据模型；

(3)对所有切片的二维CAD数据模型进行扫描路径规划，得到医用植入体的扫描路径数据；

(4)将该医用植入体的扫描路径数据导入到选区激光熔化快速成型装置的上位机，然后采用分层快速扫描方法，对石蜡粉末进行选区激光熔化快速成型，从而制得所述医用植入体蜡模；其中，激光的聚焦光斑直径≤100μm，扫描速度＞1m/s，扫描范围≤100mm×100mm，所述石蜡粉末铺层厚度≤50μm；

(5)取出所述医用植入体蜡模，对其表面的多余蜡粉进行清理。

为更好地实现本发明，步骤(1)所述病人器官的外形结构数据的测量采用CT断层扫描，或非接触的三维扫描仪直接扫描测量，所述扫描精度优于0.02mm；步骤(1)所述原始数据格式为DICOM格式；步骤(2)所述三维CAD软件将所述原始数据转化为三维CAD模型，并进行二次加工，然后直接进行切片处理，所述切片处理过程不涉及STL格式数据；所述切片的二维CAD数据模型为CLI格式或SSL格式。

所述三维CAD软件可以采用Mimics软件。

步骤(4)所述分层快速扫描方法，具体包括以下步骤：