[发明专利]用于制造多孔三维物品的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造具有孔隙度的三维物品的方法及设备。

背景技术

叠层制造技术是用于通过陆续熔融涂覆在工作台上的所选择的部分粉末层形成三维物品的方法。

这种设备可包括：工作台，三维物品将在工作台上形成；粉末分配器，被配置为将粉末薄层放在工作台上，用于形成粉末层；能量束源，用于将能量传送至粉末，借此发生粉末熔融；元件，用于控制由能量束源在粉末层上发出的能量，用于通过部分粉末层的熔融形成三维物品的横剖面；以及控制计算机，关于三维物品的连续横剖面的信息储存在控制计算机中。通过连续形成粉末层横剖面的连续熔融形成三维物品，该粉末层由粉末分配器陆续地放下。

可在身体植入物品(诸如骨置换)中使用三维网络结构。近年来，人工骨骼植入物可具有实心表面层，该表面层具有网络结构。该网络结构改善了骨骼/组织的生长能力并借此增强了人类骨骼与人工骨骼植入物之间的连接。在该网络结构中使用的材料可例如为钛，钛是已被充分证明的与人体组织兼容的材料。钛是相对轻且坚固的材料。如果网络结构尽可能地类似于人类，则植入物可有效地聚集至人体。

提高整形植入物效用的一个方式可以是使植入物的多孔结构随机化，从而更好地在其植入中模拟小梁结构。在WO2011/060311中公开了这样做的一个方式，涉及可控随机化多孔结构和用于制造可控随机化多孔结构的方法。为了满足上文提及的需要，在该文献中公开了用于使网络结构随机化的方法。WO2011/060311公开了用于在不牺牲最终植入物品强度的前提下使具有改善的多孔结构的随机化单元无缝结合的方法。

该解决方案的一个问题在于制造工艺相当消耗CPU和内存。该解决方案的另一问题是在最终物品的多孔结构中的一定周期性程度，这会引起机械强度限制。

发明内容

本发明的目标在于提供用于制造三维物品的叠层制造过程的方法，该三维物品具有改善的随机化孔隙度同时使CPU及内存的使用最小化。

上文提及的目标通过根据权利要求1的方法中的特征实现。

在本发明的第一方面中提供了用于制造多孔三维物品的方法。该方法包括：创建无孔三维物品的模型的步骤，该无孔三维物品的模型包括预定数量的具有预定厚度的二维层；创建多孔结构的模型的步骤，创建多孔结构模型的步骤包括以下步骤：

ο限定包括节点图案随机化的三维空间，其中，用支柱将节点以预定方式连接在一起，

ο将该三维空间切片为预定数量的具有预定厚度的二维层，

ο将该无孔三维物品的模型的一个二维层涂覆在该多孔结构的一个二维层上，产生该物品的多孔二维层，

ο针对该物品的全部无孔二维层重复该涂覆步骤，

-通过将可熔融材料暴露至能量源来制造多孔三维物品，使得熔融材料层对应于该物品的多孔二维层。

本发明的一个优点是最终的多孔三维物品可被制造成具有在每个方向随机化的多孔结构，即，孔隙度缺乏周期性意味着孔隙度的机械强度在所有方向相等。

在另一示例实施方式中，通过将规则图案的四面体、立方体、十二面体中预定数量的节点移动随机化距离来限定该随机化图案，其中，该距离小于预定值并且在随机化的方向中。在示例实施方式中，该预定数量的节点为全部节点。

在又一示例实施方式中，由以下步骤限定该随机化图案：

a.在预定尺寸的三维空间中随机地设置预定数量的节点，

b.确定对于特定节点的相邻节点的最大数量，

c.跳过对于该特定节点的x个最相邻物，其中，x是大于等于零的随机整数，

d.用支柱将该最大数量相邻节点中的每个节点连接至该特定节点，

针对三维空间中的每个节点重复步骤a至d。

在再一示例实施方式中，由以下步骤限定该随机化图案：

a.在该三维空间中随机地设置预定数量的节点，

b.以给出预定数量的德洛内四面体的德洛内三角划分设置该节点，

c.针对每个德洛内四面体提供维诺图，其中，德洛内四面体将该德洛内四面体的外接球的中心与该德洛内四面体的全部相邻物的外接球的中心连接。

这些实施方式的优点在于：以相对少量的计算机功率而相对快速地生产随机化图案。

在本发明的另一示例实施方式中，该制造步骤包括以下步骤：

a.将粉末材料层设置在构造平台上，

b.使粉末材料层的厚度适于该物品的预定厚度二维层的厚度。