[发明专利]一种非晶合金颅骨修护体的柔性成形装置及其成形方法

说明书

本发明属于柔性成形颅骨修护体的领域，并公开了一种非晶合金颅骨修护体的柔性成形装置及其成形方法。该装置包括夹持单元和成形单元，其中，夹持单元对称设置在成形单元的侧面；成形单元包括工具头和激光器，工具头上端沿圆周方向均匀设置有多个激光器，用于在工具头对该工具头下方的待加工区域加工前对该加工区域进行加热，使得该待加工区域的非晶合金板材处于玻璃化转变温度与起始晶化温度之间的过冷液相区，工具头沿预设轨迹逐层碾压成形待加工非晶合金板材，以此实现待加工非晶合金板材的柔性成形。通过本发明，获得的颅骨修护体生物相容性好，避免柔性成形中的回弹，保证修补体的精度，提高颅骨修补手术的成功率。

技术领域

本发明属于柔性成形颅骨修护体的领域，更具体地，涉及一种非晶合金颅骨修护体的柔性成形装置及其成形方法。

背景技术

颅骨是保护人类大脑的重要部位，颅骨修复手术通常是治疗颅骨缺损的手术，在颅骨缺损最大直径超过3cm时就需要进行颅骨修复手术，其最重要的一个环节就是颅骨修复体的制造。

目前颅骨修复体主要以钛网为主，鲜少采用非晶合金板材，由于以钛网材料在成形过程中容易产生回弹，从而使得采用该材质制备的颅骨修护体大多成形精度差，无法完全贴合患者创口；

而对于颅骨修护体的制备方法，目前常见的方法包括手工造型、铸造、模压法、印模成形法、液压法、多点成形法等。手工造型获得的颅骨修复体精度差，成功率低，制作周期长，塑型过程痛苦，手术成功率低。铸造法主要采用消失模铸造法，虽能解决加工精度问题，但限于工艺要求，对修复体增厚，加大了患者负担。模压法即传统冲压成型，属于批量生产，个性化制备成本高，且对于非晶合金目前不现实。印模成形法采用材料为骨水泥，术后易产生皮下积液等症状。液压法采用液体获得高压力，成本昂贵。多点成形法的主要问题是加工精度受限于基本体群的尺寸，无法达到精度要求。对于颅骨修护体，不同的患者所需的修护体的结构不同，采用以上的几种方法，均需要量身定制模具以满足不同患者的需求，一方面大大增加了制造的成本，另一方面也延长了制造的时间，大大降低了制造的效率，从而最终影响患者手术的成功率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非晶合金颅骨修护体的柔性成形装置及其成形方法，其中通过对其关键组件工具头和环绕设置在工具头上方的激光器的结构设计和位置的布置，使得工具头在加热前，激光器对待加工区域进行快速加热至超塑性状态，避免成形后的回弹和厚薄不均，从而提高成形精度，缩短成型时间以及制造成本。

为实现上述目的，按照本发明一方面，提供了一种非晶合金颅骨修护体的柔性成形装置，其特征在于，该装置包括夹持单元和成形单元，其中，

夹持单元对称设置在成形单元的侧面，用于夹持待加工非晶合金板材并保持其在加工过程中位置不变；

成形单元包括工具头和激光器，工具头设置在待加工非晶合金板材的上方，其上端沿圆周方向均匀设置有多个激光器，该激光器用于在工具头对该工具头下方的待加工区域加工前对该加工区域进行加热，使得该待加工区域的非晶合金板材处于玻璃化转变温度与起始晶化温度之间的过冷液相区，即使得待加工区域处于超塑性状态，工具头沿预设轨迹逐层碾压成形待加工非晶合金板材，以此实现待加工非晶合金板材的柔性成形过程。

进一步优选地，装置还包括与工具头相对设置的定支撑模型，一方面用于支撑待加工非晶合金板材，一方面作为加工该待加工非晶合金板材的凹模。

进一步优选地，多个激光器形成的加热区域不小于工具头截面面积的2 倍，保证工具头移动至下一位置时该位置已被加热至超塑性状态。

进一步优选地，成形单元还包括箱体，该箱体中通入有惰性气体，用于避免加工过程中待加工非晶合金板材的加工区域氧化。

进一步优选地，工具头中设置有冷却流道，一方面用于降低工具头的温度，避免过热，另一方面快速冷却已经成形的区域。