(57)【要約】金属3Dプリント技術を利用し、好ましくはコバルトクロム合金及びレーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成し、前記ソリッドボーンをプリント及び形成する際に当たり前記のソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期の切削加工操作を行い、前記のソリッドボーンにＲy<1〜2μmまたはその以下の表面粗さを有するようにし、前記のソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期に研磨操作を行い、前記の接触表面にA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さがあるようにする金属3Dプリント技術による固形人工骨の製造装置および製造方法。【選択図】図1
2019530588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属3Dプリント技術を利用し、好ましくはコバルトクロム合金及び直接金属レーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成し、前記ソリッドボーンをプリント及び形成してから前記ソリッドボーンから選出された約80%またはそれ以上の表面に対して同期に切削加工操作を行って前記ソリッドボーンがＲy<1〜2μmの表面粗さを有するようにし、また、前記ソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期に研磨操作を行い、前記接触表面にA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さを有するようにすることを特徴とする固形人工骨の製造方法。
【請求項２】
前記ソリッドボーンをプリント及び形成する際、前記ソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記ソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役立つ延伸部を形成し、前記延伸部は、好ましくは直径8mm、長さ8〜10mmの円筒部を含む筒部であり、前記筒部の軸線が前記ソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、および/または前記筒部と後次の加工操作を行うための加工機器とカップリングするように配置し、必要な加工操作を行うようにすることを特徴とする請求項1に記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項３】
前記ソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記第一密度部より低い第二密度部を含み、そして、前記第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作により前記第二密度部より高い密度になるようにし、前記第二密度部は、好ましくはグリッド構成になるように配置して前記第一密度部より低い密度になるようにし、前記第一密度部は、好ましくは前記第二密度部の周辺に位置し、前記第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有することを特徴とする請求項1または2に記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項４】
前記ソリッドボーンが足首の骨であり、および/または前記コバルトクロム合金がCo-Cr-Moおよび/またはCo-Cr-W-Niを含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか１つに記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項５】
好ましくはコバルトクロム合金及び直接金属レーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成する金属3Dプリンターユニットと、前記金属3Dプリンターユニットでプリントを行い、前記ソリッドボーンを形成してから前記ソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期に切削加工操作を行い、前記ソリッドボーンにRy<1〜2μmの表面粗さを有するようにする前記金属3Dプリンターユニットと操作可能に接続する切削加工ユニットと、及び前記ソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期に研磨操作を行い、前記接触表面にA4級=RaO.063μmまたはその以下の表面粗さを有するようにする、前記切削加工ユニットと操作可能に接続する研摩ユニットとを含む製造装置で前記ソリッドボーンを製造することを特徴とする請求項1〜4の何れか１つに記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項６】
前記金属3Dプリンターユニットは前記ソリッドボーンをプリント及び形成する際に当たり、前記ソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記ソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役に立つ延伸部を形成し、前記延伸部が好ましくは直径8mm及び長さ8〜10mmの円筒部を含む筒部であり、前記筒部の軸線が前記のソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、および/または前記筒部が前記切削加工ユニットおよび/または前記摩ユニットとカップリングするように配置して加工操作を行うようにすることを特徴とする請求項5に記載の固形人工骨の製造方法。
【請求項７】
前記金属3Dプリンターユニットで形成した前記ソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記第一密度部より低い第二密度部を含み、そして、前記第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作により前記第二密度部より高い密度になることができ、前記第二密度部は、好ましくはグリッド構成になるように配置して前記の第一密度部より低い密度になるようにすることができ、前記第一密度部は、好ましくは前記第二密度部の周辺に位置し、前記第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有することを特徴とする請求項5または6に記載の方法。
【請求項８】
前記金属3Dプリンターユニットで形成した前記ソリッドボーンが足首の骨であり、前記コバルトクロム合金がCo-Cr-Moおよび/またはCo-Cr-W-Niを含むことを特徴とする請求項5〜7の何れか１つに記載の固形人工骨を製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固形人工骨、更に具体的に、金属3Dプリント技術により固形人工骨を製造する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固形人工骨(足首の骨など)による治療方法において、プラスチック製固形人工骨で人体の固形骨を代替することがある。通常、ソリッドボーンは負荷の大きな箇所にあるので、プラスチック製人工骨は耐用期間が8〜12カ月であるため、その後に再び手術で交換しなければいけない。
【０００３】
また、ソリッドボーンは負荷が重く、常に他の骨と摩擦するため、充分に滑らかな接触面が必要である。そして、1〜2μmまたはその以下の表面粗さRyが必要である。そのため、従来の金属3Dプリント方法は固形人工骨の製造に適しない。
【０００４】
従来の固形人工骨による医療方法は病者のリスク、苦痛及び追加費用の支出につながるので、望ましいソリューションではないかもしれない。
【発明の概要】
【０００５】
以下のように固形人工骨を製造するための方法を開示する。即ち、金属3Dプリント技術を利用し、好ましくはコバルトクロム合金及び直接の金属レーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成し、前記のソリッドボーンをプリント及び形成してから前記のソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期の切削加工操作を行い、前記のソリッドボーンにＲy<1〜2μmまたはその以下の表面粗さを有するようにし、前記のソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期された研磨操作を行い、前記の接触表面がA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さを有するようにする。
【０００６】
実施例の一部で、前記のソリッドボーンをプリント及び形成する場合、前記のソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記のソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役立つ延伸部を形成し、前記の延伸部は好ましくは直径8mm、長さ8〜10mmの円筒部を含む筒部が好ましく、前記の筒部の軸線が前記のソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、前記の筒部と後次の加工操作を行うための加工機器をカップリングするように配置し、必要な加工操作を行うようにする。
【０００７】
他の実施例において、前記のソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記の第一密度部より低い第二密度部を含む。そして、前記の第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作によって前記の第二密度部より高い密度になるようにする。および/または前記の第二密度部は、好ましくはグリッド構成になるように配置して前記第一密度部より低い密度になるようにする。および/または前記の第一密度部は、好ましくは前記の第二密度部の周辺に位置する。前記の第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有する。
【０００８】
実施例の一部で、前記のソリッドボーンが足首の骨であり、および/または前記のコバルトクロム合金がCo-Cr-Moおよび/またはCo-Cr-W-Niを含む。
【０００９】
本発明は固形人工骨を製造するための、装置を以下のように開示した。好ましくはコバルトクロム合金及び直接金属レーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成する金属3Dプリンターユニットと、前記金属3Dプリンターユニットでプリントを行い、前記ソリッドボーンを形成してから前記ソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期の切削加工操作を行い、前記ソリッドボーンにＲy<1〜2μmまたはその以下の表面粗さを有するようにする操作可能に前記の金属3Dプリンターユニットと接続する切削加工ユニットと、前記ソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期された研磨操作を行い、前記接触表面にA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さを有するようにする、前記切削加工ユニットと操作可能に接続する研摩ユニットとを含む装置である。
【００１０】
実施例の一部において、前記金属3Dプリンターユニットは前記ソリッドボーンをプリント及び形成する際に当たり、前記ソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記ソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役立つ延伸部を形成し、前記延伸部が好ましくは直径8mm及び長さ8〜10mmの円筒部を含む筒部であり、前記筒部の軸線が前記ソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、前記筒部と前記切削加工ユニットおよび/または前記研摩ユニットをカップリングするように配置して加工操作を行うようにする。
【００１１】
実施例の一部で、前記金属3Dプリンターユニットで形成した前記ソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記第一密度部より低い第二密度部を含む。そして、前記の第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作によって前記第二密度部より高い密度になるようにする。および/または前記の第二密度部は、好ましくはグリッド構成になるように配置して前記第一密度部より低い密度になるようにする。および/または前記の第一密度部は、好ましくは前記の第二密度部の周辺に位置する。および/または前記第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
次に図を参照して代表的な実施例で本発明について説明する。
【図１ａ】本発明の代表的な固形人工骨を示す図である。
【図１ｂ】本発明のもう一つの代表的な固形人工骨を示す図である。
【図２ａ】本発明のもう一つの代表的な固形人工骨を示す図である。
【図２ｂ】図2aの線A-Aに沿った断面図である。
【図３】本発明のグリッド構造を有するもう一つの代表的な固形人工骨を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
本発明の技術案について詳細にするために、次に図に合わせて本発明の代表的な実施例について説明する。
【００１４】
図1aは本発明の代表的な固形人工骨110を示す図である。前記のソリッドボーンは、好ましくは足首の骨である。前記の固形人工骨の製造方法として、金属3Dプリント技術を利用し、好ましくはコバルトクロム合金及びレーザー焼結により特定の変化形状及び密度を有するソリッドボーンを形成し、前記のソリッドボーンをプリント及び形成する際に当たりまたはそれから前記のソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期に切削加工操作を行い、前記のソリッドボーンにＲy<1〜2μmまたはその以下の表面粗さを有するようにし、前記のソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期の研磨操作を行い、前記の接触表面にA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さがあるようにする。
【００１５】
実施例の一部で、前記のコバルトクロム合金はCo-Cr-Moおよび/またはCo-Cr-W-Niを含む。
【００１６】
図1bは本発明のもう一つの代表的な固形人工骨120を示す図である。この実施例で、前記のソリッドボーンをプリント及び形成する場合、前記のソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記のソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役立つ延伸部125を形成し、前記の延伸部は、好ましくは筒部であり、直径8mm及び長さ8〜10mmの円筒部、三角筒部、方形筒部、多角形筒部および/または複合筒部または異形筒部を含み、前記の筒部の中心軸線が前記のソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、前記の筒部を加工機器とカップリングするように配置して加工操作を行うようにする。
【００１７】
図2a-2bを参照すると、図2aは本発明のもう一つの代表的な固形人工骨210を示す図であるが、図2bが図2aの線A-Aに沿った断面図である。この実施例において、前記のソリッドボーンは第一密度部211及び密度が前記の第一密度部より低い第二密度部212を含む。そして、前記の第一密度部211は、好ましくは追加焼結操作で前記の第二密度部212より高い密度になることができ、前記の第一密度部211は好ましくは前記の第二密度部212の周辺に位置する、前記の第一密度部211は好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記の第二密度部212は好ましくは90%またはその以上の相対密度を有する。
【００１８】
図3は本発明のグリッド構成のあるもう一つの代表的な固形人工骨310を示す図である。この実施例において、前記のソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記の第一密度部より低い第二密度部を含む。そして、前記の第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作で前記の第二密度部より高い密度に達するようにする。選択として、前記の第二密度部は、好ましくはグリッド構成になるように配置して前記の第一密度部より低い密度になることができ、前記の第一密度部は、好ましくは前記の第二密度部の周辺に位置し、前記の第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記の第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有する。
【００１９】
本発明は固形人工骨を製造するための、好ましくはコバルトクロム合金及びレーザー焼結により特定の変化形状及び密度のあるソリッドボーンを形成する金属3Dプリンターユニットと、前記の金属3Dプリンターユニットでプリントを行い、前記のソリッドボーンを形成する際に当たりまたはそれから前記のソリッドボーンから選出された表面の約80%に対して同期の切削加工操作を行い、前記のソリッドボーンにＲy<1〜2μmまたはその以下の表面粗さがあるようにする操作可能に前記の金属3Dプリンターユニットと接続する切削加工ユニットと、前記のソリッドボーンの接触表面の少なくとも1か所に対して同期の研磨操作を行い、前記の接触表面にA4級=Ra0.063μmまたはその以下の表面粗さを有するようにする前記の切削加工ユニットと操作可能に接続する研摩ユニットとを含む装置も開示する。
【００２０】
実施例の一部で、前記の金属3Dプリンターユニットは前記のソリッドボーンをプリント及び形成する際に当たり前記のソリッドボーンのトップおよび/または底部に前記のソリッドボーンの後継ぎの加工操作に役立つ延伸部を形成し、前記の延伸部が好ましくは直径8mm及び長さ8〜10mmの筒部であり、前記の筒部の軸線が前記のソリッドボーンの中軸線と平行および/または一致し、前記の筒部を前記の切削加工ユニットおよび/または前記の研摩ユニットとカップリングするように配置して前記のソリッドボーンの本体部または特定の箇所に対して必要な加工操作を行うようにする。実施例の一部で、前記の延伸部は好ましくは加工する特定部または位置に相対して位置を決め、前記の切削加工ユニットおよび/または前記の研摩ユニットの切削加工/研摩操作に役に立つようにする。
【００２１】
実施例の一部で、前記の金属3Dプリンターユニットで形成した前記のソリッドボーンは第一密度部及び密度が前記の第一密度部より低い第二密度部を含む。そして、前記の第一密度部は、好ましくは追加の焼結操作で前記の第二密度部より高い密度になるようにし、前記の第二密度部は好ましくはグリッド構成になるように配置して前記の第一密度部より低い密度になるようにし、前記のグリッド構成は均一して前記の第二密度部の特定のエリアに分布、集中でき、前記の第二密度部に予定の密度または重量を有するようにする。および/または、前記の第一密度部は、好ましくは前記の第二密度部の周辺に位置する。、前記の第一密度部は、好ましくは99.5%またはその以上の相対密度、前記の第二密度部は、好ましくは90%またはその以上の相対密度を有する。
【００２２】
コバルトクロム合金に以下のような利点があるので、本発明で採用した金属特許の3Dプリント技術において、コバルトクロム合金で損壊により交換すべきソリッドボーンを代替する。
【００２３】
コバルトクロム合金は主な化学成分がCo-Cr-Mo及びCo-Cr-W-Niを含み、耐食性がステンレスの数十倍であり、通常は顕著な組織反応がない。
【００２４】
人工股関節界面としての緩み率が高いため、優れた耐摩擦性及び強い負荷力を有するコバルトクロム合金はンプラントとして適切であり、ソリッドボーンに求められた耐摩耗性を満たすものである。
【００２５】
本発明による固形人工骨を製造するための方法はレーザー焼結を行ってから内蔵の加工ユニットが直ちに加工操作を行ってソリッドボーンのエリアのほとんどがRy<1〜2μｍまたはその以下の表面粗さになるようにし、ソリッドボーンの需要を満たすものである。
【００２６】
本発明の金属3Dプリンターユニットに金属粉末レーザー造形技術を利用した。そして、レーザーは溶融出力が約400Wであり、操作可能に前記の金属3Dプリンターユニットと接続する切削加工ユニットは好ましくは高速ミーリングユニット、フライススピンドルの回転数が約45,000/Minである。
【００２７】
実施例の一部で、本発明の金属3Dプリント技術はコバルトクロム合金(Cobalt Chrome)と金属粉末との直接レーザー焼結/直接金属レーザー焼結(DMLS)技術及び同期金属切削加工機能または部品による技術案を採用したので、仕上げ加工の時間を短縮でき、 レーザー焼結及び同期切削の結合により、製品またはソリッドボーンの約80%または以上の表面に対して同期の切削を行うことができ、Ry<1〜2μｍまたはその以下の表面粗さを取得できる。そして、更にコバルトクロム製ソリッドボーン(足首の骨など)の他の骨3と接触することのある表面または箇所を研磨すると、関連する表面または箇所が約A4級=Ra0.063μmまたは更に好ましい粗さ及びそれによるミラー効果を果たすことができる。
【００２８】
本発明による固形人工骨を製造するための技術案によると、金属製足首の骨の耐用期間が8〜10年まで増加することができるので、毎年プラスチック製足首の骨を交換するために患者が面する手術リスクを削減できる。医療スタッフの時間及び手術室の占用など、毎年にプラスチック製骨を交換する手術に多くの資源が必要であるため、従来の技術はコストが高く、使用者に不便である。本発明の技術案を利用すると、上記の課題を解決でき、3Dプリント技術の益を受ける病者が更に多くなるに違いない。
【００２９】
上記の実施例は特許保護の範囲について説明するためのものであり、それを制限するものではない。この分野の技術者が理解できるように、様々な代表的な実施例の一部または部品は適当な場合に相互に組み合わせて他の変形を形成できるが、一般性が喪失しない。
【図１ａ】
2019530588.tif 000003
【図１ｂ】
2019530588.tif 000004
【図２ａ】
2019530588.tif 000005
【図２ｂ】
2019530588.tif 000006
【図３】
2019530588.tif 000007
【国際調査報告】
2019530588.tif 000008
2019530588.tif 000009
2019530588.tif 000010
2019530588.tif 000011