[发明专利]用于降低加工成本的模具设计方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月21日提交的美国临时申请No.61/562,006的权益。该在先申请的公开内容被全文引入作为参考。

技术领域

本发明一般地涉及模具设计方法。更具体地，本发明涉及用于整形外科器械和植入物的模具设计方法。

背景技术

制造成形金属物体的传统方式包括失蜡铸造和砂型铸造方法。两种铸造方法都依赖于用砂腔或者蜡模来制造物体的模具，然后倒入液化的金属。金属填充模具腔并且冷却。一旦金属固化，可以破坏模具并去除该部件。替代地，金属物体可以由金属坯料加工成形。对于铸造部件，通常需要二次加工来满足公差和/或实现表面精加工等。然而，加工操作需要去除材料，并且可能效率低且成本高。

金属注射模制(MIM)允许大量制造网形或近似网形的金属构件而不需要昂贵的加工成本。参见图1，MIM过程在步骤10开始，将金属粉末和聚合物粘合剂混合以形成能够被注入模具腔的材料。粘合剂给混合物提供合适流变性质，以便于操作、模制并且随后易于从模具去除。然后，混合物在注模桶中被加热到合适的粘稠度，然后被注入到模具腔中以获得模具的形状。注射模制机可以是与用于塑料的注射模制部件相同的机器。一旦模具形成，则毛坯部件在步骤12中从模具中排出。然后，通常通过将部件引入溶剂中或通过燃烧掉聚合物而从毛坯部件去除粘合剂。下一个步骤14是在炉中烧结部件以部分地融化金属颗粒。在烧结过程中，温度通常达到大约1000摄氏度。在这个阶段，由于金属颗粒实化，部件可能收缩15-20％。在烧结后，部件具有与传统方法形成的部件非常接近的密度。最后，在步骤16中，烧结的部件被加工成它的最终形状。

图2和图3示出现有技术的最后加工步骤的一个实施方式。图2示出切割块304的示意性局部截面图，开槽锯片306插入到其最大深度。开槽锯片可以进入切割块304表面以形成用于外科锯片的具有精确尺寸的槽。但是，如在图2中可以看到的，锯片的曲率导致槽中的金属去除不完全，在附图标记307处示出。在尝试清洗槽时，锯片306可以从切割块304的另一侧插入。图3示出该第二加工步骤。如可以看出的，“龙牙”405仍然存在，其必须通过另一操作来去除。其它操作包括使用金属丝EDM来精加工部件、锉磨部件、铣削等。这些操作均给最终产品增加了额外的成本和时间。

金属注射模制的优点包括较高的设计灵活性和较低的加工成本。鉴于传统加工方法依赖从部件去除材料，MIM部件可以制造成近似网状，从而能够降低或避免后续加工成本。塑性金属注射模制的所有益处和设计限制本质上都适用于MIM。

取决于对最终产品所要求的公差，可能需要进一步的加工。一般来说，用MIM制造的较大物体比较小物体需要更多后续的加工，这限制了MIM应用于较小的物体。例如，对于未精加工的MIM制造的部件的典型公差是每英寸±5/1000”，但对于整形外科切割块的切割槽公差可能是每英寸±1/1000”，所以精加工的MIM部件有时必须被加工以符合公差。诸如股骨干、胫骨基板、膝关节成形术股骨构件和其他整形外科植入物的植入构件可能需要有相似的公差。

虽然MIM正在变得被广泛应用，由于不能满足一些应用所要求的精细公差，许多产品仍然需要额外的加工操作。这对于整形外科切割块和植入物尤其如此。因此，一直以来需要改善MIM或铸造过程中使用的模具的设计。

发明内容

以下描述和在图中示出的本发明的各种实施方式描述了模具设计方法，其增加了后续加工操作的效率。

本公开的一个方面披露了一种整形外科膝关节切割块，其通过包括以下步骤的过程来制备：制造具有第一核心细部和第二核心细部的模具，每个核心细部对应一体积；用粘合剂和金属的混合物填充所述模具；从所述模具释放毛坯部件，所述毛坯部件具有与所述第一核心细部对应的第一空隙和与所述第二核心细部对应的第二空隙；从所述毛坯部件去除所述粘合剂；加热所述毛坯部件以产生烧结部件；以及通过锯出切割槽来加工所述烧结部件，使得所述切割槽与所述第一空隙和所述第二空隙重叠。

在一些实施例中，所述第一和所述第二核心细部位于近侧部分上。

在一些实施例中，所述切割槽是一个前部切割槽。

在一些实施例中，所述整形外科膝关节切割块可包括后部切割槽。

在一些实施例中，所述整形外科膝关节切割块可包括至少一个斜切切割槽。

在一些实施例中，所述整形外科膝关节切割块可包括埋头孔。