[发明专利]双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法和装置

说明书

本发明公开双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法和装置，本发明技术方案通过CT扫描并建立骨折关节部位的三维模型，根据不同个体需求设计相匹配的骨折固定器，再进行分层切片处理，获取每一层的轮廓信息，以确定其变截面、变厚度、加强筋的位置。采用同侧分布的激光3D打印控制系统3D打印待成形的骨折固定器第N层切片，加大骨头断裂区的尺寸，并做成加强筋，实现其变截面，变厚度的完全匹配。与此同时，激光冲击锻打系统同步耦合作用于相同位置。另外通过在线检测和实时跟踪反馈系统，自动调节两激光系统相关参数，进行骨折固定器成形和强化的自动补偿，多个系统同步耦合作用于骨折固定器的同一位置，可有效提高表面精度和加工效率。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化技术领域，特别涉及双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法和装置。

背景技术

随着全球人口老龄化不断加剧以及意外伤害的增加，骨折固定器的需求量激增。骨折固定器是骨折内固定器件，在临床上常与骨螺钉或接骨丝配合使用。当腿骨骨折距离过大时，为保证两条腿高度一致，通常采用钢板等骨折固定器进行固定，但是往往在骨头断裂处留有较大空间，因此容易造成过大弯曲应力，发生疲劳断裂，降低寿命等。

目前，国内市场上的骨折固定器主要采用铸造与机械加工组合加工工艺制造。这种传统工艺方法没有充分考虑不同患者骨折形状与尺寸的个性化差异，因此使得人工骨折关节与不同患者不能实现最佳匹配或者个体适配性差，表现为术后人工关节活动轨迹与受力异常，最终导致骨折固定器点-面接触方式腐蚀磨损、松动、疲劳断裂等风险剧增，进而导致术后患者承受痛苦和增加翻修率。

现有技术的接骨板主要呈直型或异型，当接骨板安装到患者骨部位时，金属的接骨板与患者骨接触的面无法完全拟合。随着激光技术与智能制造技术飞速发展，基于增材制造原理的激光金属3D打印技术因具有成形速度快、精度高等优点广泛应用于生物医疗，航空航天及汽车制造等诸多领域，特别应用于一次性成形结构形状复杂，薄壁构件等个性化医疗植入物。其中个性接骨板利用钛或钛合金通过3D打印形成，接骨板与患者骨接触的表面与患者骨的形状拟合接触，但是激光3D打印直接成形骨折固定器存在以下问题：(1)热应力与变形开裂：单纯激光3D打印成形是一个“逐点扫描熔化-逐线扫描搭接-逐层凝固堆积”的不断循环过程。骨折固定器内会产生复杂热应力、组织应力及应力集中和变形，严重影响零其几何尺寸和力学性能，导致其严重翘曲变形和开裂。(2)内部缺陷：骨折固定器内部会产生气孔、未融合、裂纹和缩松内部缺陷等，造成其承力部位的疲劳，影响其内部质量、力学性能及构件的服役使用寿命等。(3)单独激光3D打印骨折固定器冷却后再进行激光冲击锻打强化，其塑性变形小，很难消除内部缺陷。

因此，如何在通过3D打印增材制造大距离骨折固定器时，尽量避免气孔、未融合和缩松等缺陷，解决其局部弯曲应力过大，疲劳断裂，寿命降低等问题是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法，本发明还提出一种使用双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法的装置，旨在解决采用钢板固定大距离骨折时，骨头折断处的较大空间会造成弯曲应力过大，疲劳断裂，寿命降低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出双激光束冲击锻打增材制造大距离骨折固定器方法，包括以下步骤：

S1：CT扫描获取患者骨折处的3D数据，分析并建立骨折部位的三维模型；

S2：借助计算机辅助设计确定与患处适配的骨折固定器，输出个性化的骨折固定器数据；

S3：对所述步骤S2的输出数据分析处理以获得所述骨折固定器的图像特征，建立三维模型并进行分层切片处理；

S4：获取所述骨折固定器每一层轮廓信息，采集和保存轮廓相关二维数据和图像特征；