矯形外科植入物精整的方法
【專利摘要】一種有效去除表面混雜的加工線以達到高光澤的均勻視覺標準，同時將表面粗糙度減小到8微英寸以下的工藝。該工藝不移除或移動高于0.02mm的受影響材料，并且該工藝設計為制造表面粗糙度減小到8微英寸以下且保持嚴格公差的復雜幾何形狀的視覺可接受部件。
【專利說明】矯形外科植入物精整的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年6月I日提交的美國臨時申請N0.61/654，176以及2012年9月25日提交的美國臨時申請N0.61/705，315的權益。每個申請公開的公開內容通過引用將其全文合并于此。

【技術領域】
[0003]本發明的實施方式大體涉及矯形外科植入物(orthopaedic implant)，更具體地涉及矯形外科植入物表面精整(surface finishing)的方法。
[0004]本發明大體涉及為了使假體的壽命最大化，假體部件尺寸特征的準確性以及表面修整(例如表面精整)對于假體的壽命是非常重要的。尺寸誤差和表面精整缺陷都可導致假體過早磨損。假體上發生磨損的部件，尤其是那些快速磨損的，可導致與身體組織發生反應。與異物發生的這種反應叫做骨質溶解。骨質溶解能夠損害軟組織，并進一步使假體的置換復雜化。

【背景技術】
[0005]已經嘗試提供一種假體的關節表面的改進的精整和幾何尺寸。例如，表面可手工例如使用研磨膏、或用金屬或布打磨輪來拋光。可替代地，表面可以通過機器人利用與手工所用的類似的工具來磨平。可替代地，部件的假體關節表面可以通過精整矯形外科植入物來拋光，例如搖光機(tumbling machine)。這些現有技術在提供假體部件的關節表面的改進的幾何尺寸和精整上的嘗試緩慢且不精確。并且，嘗試改進部件上的精整可能影響其幾何尺寸或形狀。形狀和/或精整的缺陷會極大地降低假體的操作壽命并可導致骨質溶解。
[0006]之前，用來產生低Ra值實施的表面精整以及統一的精整采用研磨工具和拋光劑通過手動工藝來進行，以便移除條線并磨平表面。由這種現有技術工藝所產生的差異具有許多起作用的因素導致貫穿矯形外科植入物以及不同批次之間出現差異。作為示例，這些差異由操作員的技術、施用的壓力、研磨工具的狀況、研磨劑的量、以及整個工藝時間引起。這些變量使得矯形外科植入物不一致，并且表面精整就會暴露出多種可能的失敗模式(劃痕、裂紋以及波痕)。
[0007]在該領域中仍然需要如下矯形外科植入物，其通過有效去除加工線的精整工藝而在0.02mm以下貫穿復雜幾何尺寸保持尺寸整體性，其具有均勻有光澤的外觀，并具有低于8微英寸(micro inch)的表面粗糙度Ra。


【發明內容】

[0008]鑒于上述問題而研宄出本發明。本發明是一種有效去除表面混雜的加工線以達到高光澤的均勻視覺標準，同時將表面粗糙度減小到8微英寸以下的工藝。該工藝不移除或移動高于0.02mm的受影響材料，并且該工藝設計為制造表面粗糙度減小到8微英寸以下且保持嚴格公差的復雜幾何形狀的視覺可接受部件。
[0009]在本發明的一個方面中，本工藝通過更緊密配合為矯形外科醫生提供一種具有改進功能的植入物。更緊密配合降低了不關聯的機會并減少了微運動的機會。更緊密配合通過相比手工精整移除更少的材料來實現，因此使得部件更接近標稱尺寸。進一步地，該工藝提供更一致的視覺外觀和更一致的鎖合幾何形狀。所披露的工藝減少了視覺美學次品，從而節省了制造成本。最后，相信所披露的工藝通過表面上的噴丸效應而提供更高強度的部件。
[0010]本發明進一步的適用領域將從下文提供的詳細描述中而變得顯而易見。應當理解，詳細描述和特定實例雖然表明了本發明的【具體實施方式】，但其僅旨在用于闡述目的，而并不旨在限制本發明的范圍。
[0011]本發明的其他特性、方面和優點，以及本發明各種實施方式的結構和操作參考附圖在下文中進行詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]包含在說明書中并形成說明書的一部分的附圖闡述了本發明的實施方式，并且和說明書一起用來解釋本發明的原理。在圖中:
[0013]圖1是固定在濕噴砂箱中的矯形外科植入物的透視圖。
[0014]圖2是第一替代布置中的固定在濕噴砂箱中的矯形外科植入物的透視圖。
[0015]圖3是第二替代布置中的固定在濕噴砂箱中的矯形外科植入物的透視圖。

【具體實施方式】
[0016]參見附圖，其中相同的附圖標記代表相同的元件。圖1顯示了本發明的實施方式，并提供一種有效去除表面混雜的加工線以達到高光澤的均勻視覺標準，同時降低表面粗糙度到8微英寸以下的工藝。圖1示出了固定在濕噴砂箱12中的矯形外科植入物10的透視圖。作為示例，矯形外科植入物10可以是膝關節假體、髖關節假體、肩假體、或脊柱假體。所披露的工藝特定是濕噴砂(wet blasting)。矯形外科植入物10插入到濕噴砂箱12中，并且漿混合物在特定壓力下施用至矯形外科植入物10的目標表面14。在一些實施方式中，壓力范圍為從大約15到大約60鎊每平方英寸(psi)，更窄地為從大約35到大約50。在描述的實施方式中，特定壓力是大約50psi。在一些實施方式中，漿混合物被加熱到從大約40到大約100華氏度，而更窄地為從大約70到大約80華氏度。
[0017]濕噴砂的全部的力是空氣壓力(由空氣調節器控制)和漿壓力的組合。漿壓力由馬達驅動的葉輪產生，其不主動控制每分鐘轉數。葉輪速度的波動直接影響漿壓力的變化。由葉輪產生的默認漿壓力是大約30psi。隨著馬達引起的變化，漿壓力能夠上升或下降，從而直接影響整體的噴砂力。在較高壓力范圍(例如50psi)處，該工藝明顯更穩定。增大的空氣壓力對組合的噴砂力具有更大的影響從而產生更為穩定的工藝。馬達變化的影響通過額外的空氣壓力和到部件的距離來克服。
[0018]濕噴砂箱12包括具有至少一個噴砂嘴18的臂16。在描述的實施方式中，有三個噴砂嘴18，但可使用任何數目的噴砂嘴。例如，根據植入物的大小和/或形狀可以具有一到六個噴砂嘴。如圖3中最優所示，在一些實施方式中一些噴砂嘴可以成對提供。噴砂嘴18通常定位為離開矯形外科植入物10從大約0.25英寸到大約18英寸，并且更窄地為從大約三英寸到大約十二英寸。在描述的實施方式中，從噴砂嘴18到目標表面14的距離為大約11.25英寸。噴砂嘴18可以提供固體粒子流噴射(solid stream spray)或實心錐形(fullcone)，但其他噴射模式可以同樣適用。在描述的實施方式中，每個噴嘴18具有直徑大約為0.5英寸的孔，但也可以采用直徑從約0.25英寸到約I英寸的孔。在可替代的實施方式中，噴嘴18具有大約0.375英寸的孔。在描述的實施方式中，每個噴嘴18具有大約1.5英寸的長度，但也可以采用從約0.5英寸到約3英寸的長度。
[0019]圖1-3示意了不同的噴砂嘴配置。在一些實施方式中，指向部件的多個噴砂嘴可能相互干涉，因此損失噴砂效果，并導致周期延長或最終部件外觀欠缺。在一些實施方式中，每個單獨噴嘴的噴砂模式可以定目標，使得其不干涉另一噴嘴的噴砂模式。如果噴嘴的噴砂模式直接相互干涉或反射離開目標區域而進入另一噴射模式，噴砂力的效果就會打折扣。噴砂嘴可以彼此平行地固定以在該部件上有效地生成目標區域，而同時限制噴嘴噴砂模式干涉。
[0020]矯形外科植入物10通過一系列運動進行濕噴砂以有效去除加工線并使表面調和為美學上的均勻精整。該工藝包括將矯形外科植入物10固定到以單自由度“a”旋轉的平臺20的步驟，并且對矯形外科植入物10進行的加工施用在橫跨“X” “y”和/或“z”軸的平行平面內。噴砂嘴18來回運動同時矯形外科植入物10旋轉以確保覆蓋整個表面。在一些實施方式中，臂16以從大約10英寸到大約60英寸每分鐘的速度在直線方向上運動。在一些實施方式中，平臺20以每分鐘大約5到大約360的轉數(RPM)旋轉，更窄地為從大約5到大約20RPM。在一些實施方式中，噴砂嘴18是靜止的，而只有平臺20旋轉。可替代地，平臺20是靜止的，而噴砂嘴18運動。而在另一實施方式中，噴砂嘴18和/或平臺20以預定的間隔運動。漿混合物沖擊到目標表面14上的角度是重要的。使用大約九十度的角度來磨平加工線，并使用大約四十五度的角度來調和整個表面。在一個實施方式中，整個周期中沖擊角度保持為六十度。在一些實施方式中，整個周期小于五分鐘。
[0021]漿混合物通常由水和介質組成。漿混合物具有大約5%到大約35%的介質濃度。在描述的實施方式中，楽混合物具有大約23%的介質濃度。介質大小在約0.0Olmm和約0.125mm之間。在一些實施方式中，介質通常有大約百分之八十五是球形的。在一些實施方式中，介質由陶瓷珠制成。作為示例，可以采用例如Microblast B125或B205的介質。Microblast 是作為 Saint-Gobain Ceramic Materials Divis1n 的分公司的 Saint-GobainZirpro的注冊商標。不關聯任何特定理論，因為介質在緩沖噴砂的水中傳送，因此減少了材料運動量，相信本工藝是成功的。該工藝已經發展為在鈦合金上有效，并且更具體而言是T1-6A1-4V，但也可以適用于其他材料。該工藝可以適用于需要在大約0.02mm(或0.00075英寸)內保持尺寸完整性的任何尺寸、形狀或復雜幾何形狀的矯形外科植入物。該工藝對于需要具有低表面粗糙度的均勻光澤外觀且具有嚴格公差的復雜幾何形狀的矯形外科植入物是有價值的。
[0022]本文使用的術語“大約”可以用來修飾任何定量表達，其可以在允許范圍內改變而不導致相關的基本功能的改變。例如，本文披露的施用為從大約35到大約50psi的漿混合物壓力可以在本發明的范圍內變化0-4psi，只要提供具有低表面粗糙度的均勻光澤外觀的功能沒有實質上改變。
[0023]基于前文，可以看出本發明能夠達到和獲得多個優點。選擇并描述各實施方式從而最好地解釋本發明的原理和其實際應用，并從而使得本領域其它技術人員能夠以各種實施方式以及預期適用于特定用途的各種變型來最優地使用本發明。
[0024]由于在不背離本發明的范圍的條件下可以對本文描述和示意的構造和方法作出各種修改，因此旨在將包含在前述描述和示于附圖中的所有內容解釋為示意性的而非限制性的。例如，盡管圖中示意了膝關節假體，但是本發明可以適用于任何類型的醫療設備。因此，本發明的寬度和范圍不應由上述示例性實施方式來限定，而應僅根據下所附的權利要求書和其等同體物限定。
【權利要求】
1.一種對矯形外科植入物進行表面精整的方法，包括: a)將具有目標表面的矯形外科植入物固定在濕噴砂箱中的平臺上，所述濕噴砂箱具有至少一個噴嘴； b)以大約5到大約360轉每分鐘的速度旋轉所述平臺； c)以10到60英寸每分鐘的速度使所述至少一個噴嘴和所述平臺以直線運動相對于彼此運動；以及 d)以15到60鎊每平方英寸的壓力通過所述至少一個噴嘴將漿混合物以沖擊角度施用到目標表面，其中，所述壓力是空氣壓力和漿壓力兩者的組合壓力，并且其中，所述至少一個噴嘴定位為離開所述目標表面從大約0.25英寸到大約18英寸，并且所述至少一個噴嘴具有直徑從大約0.25英寸到大約0.50英寸的孔。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述壓力為大約35到大約50鎊每平方英寸。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述壓力為50鎊每平方英寸。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述漿壓力由馬達驅動的葉輪產生。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述漿壓力為30psi。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個噴嘴定位為與目標表面相距11.25英寸。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個噴嘴提供固體粒子流或實心錐形噴射模式。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個噴嘴具有大約0.375英寸的孔。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個噴嘴具有從大約0.5英寸到大約3英寸的長度。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個噴嘴具有大約1.5英寸的長度。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述平臺以每分鐘大約5到大約20的轉數旋轉。
12.如權利要求1所述的方法，其中，所述沖擊角度從包含45、60和90度的組中選擇。
13.如權利要求1所述的方法，其中，所述介質的尺寸在大約0.001和大約0.125mm之間。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述介質大約85%是球形的。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述漿混合物被加熱到從大約40到大約100華氏度。
16.如權利要求1所述的方法，其中，所述漿混合物被加熱到從大約70到大約80華氏度。
17.如權利要求1所述的方法，其中，存在三個噴嘴。
18.如權利要求17所述的方法，其中，所述三個噴嘴相互不干涉。
19.如權利要求1所述的方法，其中，所述漿混合物由水和介質制成，并且具有大約5%到大約35%的介質濃度。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述漿混合物具有23%的介質濃度。
【文檔編號】A61F5/04GK104520070SQ201380028816
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】C·D·蓋耶, T·N·巴布 申請人:史密夫和內修有限公司