專利名稱：具有一個(gè)表面的金屬植入器和加工該表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬植入器，例如用于骨頭的植入器，該植入器具有一個(gè)呈現(xiàn)凹凸不平的粗糙結(jié)構(gòu)的表面，以及涉及加工該表面的方法。
在分案申請(qǐng)US-A-4673409和相應(yīng)的主申請(qǐng)US-A-4608052中，示出了一個(gè)表面，其中，從一個(gè)平滑的金屬表面開(kāi)始，由該材料產(chǎn)生柱形物，通過(guò)使用激光來(lái)使這些柱形物周?chē)牟牧弦夯驼舭l(fā)繞形成在一排上相互毗鄰放置的圓筒形盲孔的通道的形式。處在最初是平滑的金屬表面上的這些柱形物的上側(cè)面，形成在骨質(zhì)組織中用于主要錨固的支承表面；而環(huán)繞著它們的空腔可以容納以后長(zhǎng)出的骨質(zhì)組織或骨膠。這種類型的金屬植入方法相當(dāng)復(fù)雜并且成本很高，因?yàn)樵诩す獾牡托蔬€必須蒸發(fā)過(guò)量的材料，并且激光在其距表面的距離上的焦點(diǎn)必須非常精確地連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且，在自然地融化和蒸發(fā)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不希望有的金屬噴霧，因此在美國(guó)專利US-A-5264530中提出了在激光鉆孔前涂覆一層保護(hù)涂層，該涂層隨后可以去掉并且也穿有孔，該涂層可以防止液態(tài)的金屬噴霧濺射到它所覆蓋的表面上。帶有在高溫下是耐熱的金屬氧化物的溶劑可溶的粘接劑被認(rèn)為是典型的保護(hù)涂層。盡管如此，這樣當(dāng)然還是不能防止金屬噴霧沉積在已經(jīng)切割開(kāi)的槽縫內(nèi)。
本發(fā)明的目的是提供一種表面，以便使金屬植入器有良好的錨固性，并且同時(shí)研制一種可以對(duì)這種表面進(jìn)行合理加工的方法。
本發(fā)明的目的是由具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征部分的特征的植入器實(shí)現(xiàn)的，其中該表面遍布突出肋的網(wǎng)絡(luò)，該些突出肋形成節(jié)點(diǎn)和具有2mm至0.4mm的孔隙寬度的間隙或網(wǎng)孔，每個(gè)間隙形成具有球形空腔截面形式的凹窩并且該粗糙結(jié)構(gòu)具有用于錨固的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
這種類型的表面具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即肋網(wǎng)可用于主要的錨固，其邊緣可以承受在球形空腔處的剪切力而與方向無(wú)關(guān)，并且由于圓形空腔具有較小的尺寸以及圓形空腔密集的布置，肋網(wǎng)的邊緣總的加起來(lái)具有可承受剪切力的很長(zhǎng)的長(zhǎng)度。圓形空腔的深度可以較半圓形殼的半徑大一些，它的這種設(shè)置可以使其作為向內(nèi)生長(zhǎng)的骨頭成分的錨固深度。
為了非粘接假體的主要錨固，在骨頭上掏出了一個(gè)骨床，該骨床對(duì)應(yīng)于在假體的表面處的稍稍減小的外表面。在這樣的情況下，如果肋由于圓形空腔在它們的邊緣處相互局部地穿過(guò)而形成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鞍形凹部，則對(duì)于主要錨固又是有好處的，采用這樣的結(jié)構(gòu)形式，可確保當(dāng)表面和骨質(zhì)物質(zhì)之間的法向力增加時(shí)，首先是節(jié)點(diǎn)處的邊緣，然后是鞍形凹部處的邊緣將穿入骨質(zhì)物質(zhì)并且形成一個(gè)支承表面，該支承表面將隨著穿透深度而迅速地增加，該支承表面并不處在表面的外表上，因而可以防止滑動(dòng)。如果鞍形凹部相對(duì)于節(jié)點(diǎn)的凹入深度V是圓形空腔的深度的0＜V＜50％，則可以避免由各個(gè)柱形物在骨質(zhì)結(jié)構(gòu)上的穿孔并且可以避免作為滑動(dòng)表面且與外表面重合的明顯的上側(cè)表面。這種類型的表面如果是由象例如鈦或鈦合金那樣的與人體相容的材料構(gòu)成的話，就特別適合于用作骨頭植入物的直接錨固面。在采用象例如鈷鉻合金那樣的金屬時(shí)，此表面可以用作骨膠(bonecement)中的錨固物。通過(guò)肋的網(wǎng)絡(luò)形結(jié)構(gòu)以及通過(guò)在增加深度時(shí)它們的橫截面的擴(kuò)大，即使在使用較軟的純鈦時(shí)也可以使用間隙寬度小到0.4mm的絲狀網(wǎng)格。
球形空腔可以被安置成以它們的中點(diǎn)處在對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格的間距處。但是，這并不是必須的。由于即使沒(méi)有鞍形凹部而帶有狹窄的肋和帶有鞍形凹部又帶有肋的混合形式適合于作為粗糙結(jié)構(gòu)，所以球形空腔也可以稍有交叉或正好不交叉而成為一種“無(wú)序”的結(jié)構(gòu)。同樣，稍有交叉的球形空腔還可以以類似螺旋的形式分層或例如以在髖關(guān)節(jié)殼的外側(cè)上的緊密地毗鄰的螺旋繞組的形式，或以例如突出的冷杉樹(shù)枝的排列形式相互毗鄰地排成行。這種表面的粗糙結(jié)構(gòu)由于在其上面安置有象針葉從樹(shù)枝上橫向突出那樣一個(gè)接著一個(gè)成排的球形空腔，而具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即因肋的高度較低，通過(guò)沿著螺旋狀結(jié)構(gòu)的軸線所存在的螺旋狀的截面，向內(nèi)生長(zhǎng)的骨質(zhì)組織也可以構(gòu)成供給其營(yíng)養(yǎng)的血管。
如果在彎曲或傾斜的表面上以合理的方式產(chǎn)生銀絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)錨固就比較有利。這可以根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求7的特征部分做到，即通過(guò)使金屬表面覆蓋有一層對(duì)電化作用有效的保護(hù)漆膜，同時(shí)將直徑小于間隙的寬度或者小于后加工的球形空腔的直徑的孔分別置于后加工的間隙的間距上；通過(guò)將在保護(hù)漆膜上設(shè)置有孔的表面暴露于電解液一定的時(shí)間，以便通過(guò)電化腐蝕或電化蝕刻的方式產(chǎn)生由狹窄肋相互分隔開(kāi)的球形空腔截面；通過(guò)去掉余下的保護(hù)漆膜；和通過(guò)使粗糙結(jié)構(gòu)的表面具有精細(xì)的結(jié)構(gòu)，例如借助噴砂法。一種作為權(quán)利要求1所描述的表面的初期階段的過(guò)渡表面的合理的制造方法如權(quán)利要求9的特征部分所述，其中植入器首先涂敷一種粘性的電化學(xué)活性保護(hù)漆膜，該漆膜可以由能量密度低的激光使其蒸發(fā)，而底層金屬則不會(huì)受到其影響。相反，對(duì)于波長(zhǎng)足夠長(zhǎng)的激光來(lái)說(shuō)，還可以利用金屬的反射，因?yàn)檩椛淇梢员环瓷浠氐奖Ｗo(hù)漆膜內(nèi)，而且金屬所吸收的輻射較少。此外，與金屬處理相比，可以使用功率相當(dāng)?shù)秃统杀据^低的激光。因在保護(hù)漆膜和植入器之間的此能量閾值，保持確定的焦距長(zhǎng)度以便燒蝕該保護(hù)漆膜就不那么重要了。因此，可以通過(guò)使用以斜角射入該表面上的激光束在保護(hù)漆膜上加工出孔而不需精確地保持焦距。通過(guò)表面和激光頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和通過(guò)取決于激光束的觸發(fā)的路徑，激光束就可以在保護(hù)漆膜上加工出孔域，這些孔中心至中心的間距與后面的間隙的間距相同，但是這些孔的直徑小于后加工的球形空腔的直徑。
在另一個(gè)與所有的制造方法共同的步驟中，在漆膜上設(shè)置有孔的此表面暴露于一種導(dǎo)電液，即一種電解液中，以便借助電化腐蝕或蝕刻在孔的區(qū)域中加工出杯狀的凹陷部。從保護(hù)漆膜上的孔的直徑開(kāi)始在電化腐蝕和/或蝕刻的影響的延續(xù)時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)其深度和直徑都在增加的杯狀凹陷部。該方法有點(diǎn)令人吃驚的特性是，在間隙寬度的預(yù)定的尺寸范圍內(nèi)以及在保護(hù)漆膜上給出的相應(yīng)的較小的圓孔的情況下，凹陷部實(shí)際上總是以球形空腔的形式出現(xiàn)，這些球形空腔根據(jù)腐蝕和/或蝕刻的影響的延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，可以從淺的球形凹陷部擴(kuò)展到半球形凹陷部，該半球形凹陷部在最有利的情況下具有一個(gè)額外的小圓筒形邊緣。如果保護(hù)漆膜上只存在較小的孔，這種效應(yīng)的一個(gè)可能的解釋是擴(kuò)散過(guò)程?？椎闹行闹林行牡拈g距，孔的直徑和腐蝕過(guò)程中的作用時(shí)間可以以這樣的方式來(lái)選擇，即當(dāng)腐蝕終止時(shí)，在兩個(gè)毗鄰的球形空腔之間的具有所要求的壁厚的肋仍然保留不變，并且達(dá)到所要求的殼的深度。這個(gè)過(guò)程具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即為產(chǎn)生此種過(guò)渡形式的表面的金屬加工可以在數(shù)分鐘內(nèi)在較大的表面區(qū)域上同時(shí)地進(jìn)行。在去掉了電化效應(yīng)的保護(hù)漆膜后，就出現(xiàn)一種過(guò)渡表面，該過(guò)渡表面通過(guò)噴砂處理就得到一種精細(xì)的結(jié)構(gòu)，從而出現(xiàn)如權(quán)利要求1中所描述的外形狀態(tài)。在球形空腔稍稍相交的情況下，在最窄的部位出現(xiàn)鞍形凹部，而在若干肋交在一起的節(jié)點(diǎn)處峰部仍然不變。根據(jù)保護(hù)漆膜的種類，漆膜可以在噴砂過(guò)程中直接去掉。
從上面描述可以得出這樣的結(jié)論該方法可以作這樣的變更使得通過(guò)借助激光沿一條預(yù)定的線段使保護(hù)漆膜連續(xù)地蒸發(fā)的方式在保護(hù)漆膜上加工出溝紋，該溝紋在接著進(jìn)行的電化腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)應(yīng)的較寬的溝槽。只要溝槽具有2mm-0.4mm的寬度并且所刻出的溝紋寬度對(duì)應(yīng)于溝槽的寬度的幾分之一，此溝槽的橫截面就基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)圓的一段。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于這樣的事實(shí)，即激光束可以象一個(gè)雕刻工具那樣在涂敷有保護(hù)漆膜的金屬表面上沿著任意彎曲的或間斷的線條被導(dǎo)引，以便通過(guò)可控的電化腐蝕或蝕刻在金屬表面上產(chǎn)生象粗糙結(jié)構(gòu)那樣隨后自身重復(fù)產(chǎn)生的圖案。處在溝槽之間的肋形成對(duì)表面中可能的剪切應(yīng)力橫向有效的錨固區(qū)域。用激光蝕刻過(guò)程中的一個(gè)條件是蝕刻的速度和激光的強(qiáng)度也必須相互匹配。電化腐蝕或蝕刻過(guò)程中對(duì)保護(hù)漆膜和強(qiáng)度的另一個(gè)條件是強(qiáng)度可以這樣選擇，其大小只需使只在溝紋區(qū)域一側(cè)受到支撐的保護(hù)漆膜在電化腐蝕過(guò)程中基蝕時(shí)不會(huì)碎裂就足夠了，以便產(chǎn)生一種可重復(fù)產(chǎn)生的粗糙結(jié)構(gòu)。在去掉保護(hù)漆膜后，就留下了該表面的粗糙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有可以緊密放置并且可以相互穿透的溝槽部分。此處肋同樣可以在某部分表面上產(chǎn)生，這些肋適合用于金屬植入器的錨固，但是對(duì)于空腔的同樣的最小尺寸來(lái)說(shuō)，與球形空腔相比，它們的邊緣長(zhǎng)度之和要小些。在極端的情況下，可以產(chǎn)生這類相交的溝槽的網(wǎng)格，其中肋退化成突出的銷，其邊緣長(zhǎng)度之和對(duì)應(yīng)于一個(gè)最小值。
許多產(chǎn)品都適合于作為一種具有對(duì)電化作用有效的保護(hù)漆膜，該漆膜可以施加到金屬上，其可以由激光鉆孔并且只在鉆孔部位可以由電化液體滲透。但是，選擇試用的關(guān)鍵是，由于關(guān)于在向內(nèi)生長(zhǎng)表面的加工過(guò)程中保持清潔的經(jīng)濟(jì)方面的原因，隨后不要有在植入器上進(jìn)行進(jìn)一步的給形生產(chǎn)操作。具有電化效應(yīng)的保護(hù)漆膜因此應(yīng)該也能夠有效地覆蓋住具有尖銳邊緣的表面過(guò)度區(qū)，象在肋處出現(xiàn)的區(qū)域或例如在髖關(guān)節(jié)殼的搭鎖處的過(guò)渡區(qū)。在代表性實(shí)施例中提及了作為保護(hù)漆膜的相應(yīng)的產(chǎn)品。如果保護(hù)漆膜在給定良好的粘接性的情況下，達(dá)到絕緣只需要很小的料層厚度，則特別適合的。因?yàn)楹鼙〉牧蠈雍穸燃词箤?duì)于尖銳的邊緣過(guò)度區(qū)域也能很容易地保持最小的料層厚度。薄的保護(hù)漆膜涂敷層的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在電化腐蝕和/或蝕刻過(guò)程中出現(xiàn)的氣泡不容易滯留在保護(hù)漆膜的孔內(nèi)，因此也就不會(huì)阻礙腐蝕的進(jìn)行。
如果電解腐蝕液作為一種非消耗的噴流供給一個(gè)橫跨整個(gè)表面的電解槽中并且能同時(shí)洗掉出現(xiàn)的氣泡就可以得到進(jìn)一步有利的改進(jìn)。在鹽溶液中，植入器被用作電極并且應(yīng)該在未受潮的部位處接觸。一個(gè)對(duì)應(yīng)的反電極應(yīng)該放置在距待加工的表面不到10mm的距離處。然后就可以例如通過(guò)使一股噴流沖入兩個(gè)電極之間的空隙的方式進(jìn)行沖洗。一種不同的可能性是這樣的電極，即該電極在工作間隙中具有一個(gè)孔狀圖案，新鮮的電解液通過(guò)該間隙被噴入。通過(guò)所施加的電壓持續(xù)時(shí)間就可以非常精確地計(jì)量出腐蝕的程度。通過(guò)使電解液保持一定的溫度，可以更加精確地保持其導(dǎo)電性和電流。對(duì)于象例如鈦那樣的某些金屬來(lái)說(shuō)，可以形成鈍化層，這可能需要比實(shí)際腐蝕所需要的15-60伏特的電壓高的初始電壓。對(duì)于鈦來(lái)說(shuō)，40伏特的電壓與食鹽溶液配合已經(jīng)被證明是有效的。
下面將參照代表性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。其中

圖1a是本發(fā)明的表面的一部分的示意放大圖，表面上具有相互相交的球形空腔；圖1b是圖1a的示意放大部分的視圖；圖1c是圖1a和1b所示的二維網(wǎng)格的恒定隆突的輪廓的示意圖；圖1d是圖1c所示的恒定隆突的輪廓的示意圖，但是是用于由等邊三角形構(gòu)成的網(wǎng)格；圖1e是面罩的示意圖，該面罩可以階梯狀地設(shè)置，以便使后面蝕刻所要求的孔不受到由照射引起的硬化；圖2是過(guò)渡表面的示意放大圖，其中球形空腔安置在類似于圖1d所示的網(wǎng)格內(nèi)；圖3是圖1a所示的過(guò)渡表面的示意放大圖；圖4a是一個(gè)涂敷有保護(hù)漆膜的表面的示意放大平面視圖，用于電化腐蝕的孔已經(jīng)在保護(hù)漆膜上加工出來(lái)；圖4b是圖4a所示表面的剖視圖，但是其中保護(hù)漆膜上的孔的直徑選擇得較大，以便產(chǎn)生較淺的球形空腔；圖4c是圖4a所示表面的剖視圖，但是其中保護(hù)漆膜上的孔的直徑選擇得較大，以便產(chǎn)生較深的球形空腔；圖5是一個(gè)涂覆有保護(hù)漆膜的階梯狀表面的示意放大部分，已經(jīng)在保護(hù)漆膜上加工出用于電化腐蝕的孔；圖6是涂覆有保護(hù)漆膜的表面的放大示意剖視圖，該表面相對(duì)于激光束是傾斜的，已經(jīng)在保護(hù)漆膜上加工出用于電化腐蝕的孔；
圖7a是示意性地示出了用于涂覆保護(hù)漆膜的股骨軸的固定情況；圖7b示意性地示出了在電化腐蝕過(guò)程中的股骨軸的固定情況；圖7c示意性地示出了具有用于將電解液引入腐蝕間隙內(nèi)的孔的圖案的電極；圖8a示出了髖關(guān)節(jié)骨殼的示意放大部分，圖中示出了用于兩個(gè)圓周邊緣的供保護(hù)漆膜上的孔用的間距的進(jìn)一步分隔的情況；圖8b是用于使用激光在圖8所示的髖關(guān)節(jié)殼的保護(hù)漆膜上加工出孔的示意結(jié)構(gòu)布置；圖8c示意性地示出了在涂覆有保護(hù)漆膜的髖關(guān)節(jié)殼上加工孔的激光的另一種結(jié)構(gòu)布置；圖9示意性地示出了在圖8a，b，c所示的外殼上進(jìn)行的電化處理的情況；圖10是具有球形空腔的金屬植入器上的放大的表面，其中這些空腔不相互交叉；圖11示意性地示出了在一個(gè)植入器的外弧下面的放大的截面，其中在正交的結(jié)構(gòu)布置中產(chǎn)生了帶有薄的中間肋的纏繞的溝槽；和圖12示意性地示出了一個(gè)植入器的外弧下面的放大截面，其中由薄的中間肋分隔開(kāi)的溝槽以六角形表面元件的形式形成圣誕樹(shù)狀的結(jié)構(gòu)。
在附圖中示出了金屬植入器1的表面2，該表面2具有由突起部3和凹陷部4構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)，表面2布滿了由具有節(jié)點(diǎn)7和間隙寬度為2mm至0.4mm的間隙8的突出肋6構(gòu)成的網(wǎng)格5，而凹陷部表示球形空腔11的部分。肋的節(jié)點(diǎn)7可以突出得最高，非常象山樣的尖峰，而連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)7的肋6如果球形空腔相互稍稍穿過(guò)的話，在每一種情況下都形成一個(gè)位置較低的鞍形凹部。雖然表面涂覆有耐電化腐蝕的保護(hù)漆膜，而在該耐電化腐蝕的保護(hù)漆膜上可以通過(guò)例如激光以預(yù)定的間隔擊出孔而不損壞金屬，但是借助于電化腐蝕可以經(jīng)濟(jì)地加工出粗糙結(jié)構(gòu)的過(guò)渡表面，而該粗糙結(jié)構(gòu)的過(guò)渡表面再通過(guò)噴砂則可得到精細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖1a，b，c示出了骨頭植入器1的精加工的表面2，該表面具有凸起部3和凹陷部4。凸起部3由突出肋6的網(wǎng)格5構(gòu)成，該肋6具有節(jié)點(diǎn)7和間隙或網(wǎng)眼寬度9為2mm至0.4mm的間隙或網(wǎng)眼8和邊緣21。在此代表性實(shí)施例中，間隙8的中點(diǎn)安置在方形柵格中，而在圖1d所示的實(shí)例中它們?cè)陂g距17處安置在由等邊三角形構(gòu)成的網(wǎng)格中以便肋6具有同樣的構(gòu)形和長(zhǎng)度而與它們的方向無(wú)關(guān)。凹陷部4由球形空腔11的部分構(gòu)成，其軸線穿過(guò)間隙8的中點(diǎn)。在它們的節(jié)點(diǎn)7處，肋6以尖峰7a，7b的方式突出最多，而作為兩個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)的連接部，它們形成一個(gè)位置較低的鞍形凹部10，該鞍形凹部10處在較尖峰低量V的位置上。這樣的鞍形凹部10在球形空腔有點(diǎn)重疊時(shí)出現(xiàn)。但是情況不一定是這樣的，因?yàn)槔?構(gòu)成的絲網(wǎng)5即使球形空腔正好沒(méi)能重疊也能保持不變。圖10示出了照相表面的放大的視圖，帶有類似于圖1d的等邊三角形的網(wǎng)格間距17，但是球形空腔沒(méi)有重疊。此處間隔寬度9有1mm，肋的最小寬度稍小于0.1mm。球形空腔11的直徑稍大于0.9mm，深度12為0.4mm。雖然圖4所示的植入器是較軟的鈦，但是在肋的最窄橫截面處的近似0.1mm的壁厚22已足以錨固，因?yàn)闄M截面在深度方向上和沿肋方向上是從最小厚度逐漸增加的。如果選擇在如圖1a，1b，1c所示實(shí)例中那樣的方形柵格的間距17，則此種效應(yīng)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。
圖2和3示出了作為根據(jù)在圖1d中的三角形柵格中的球形空腔11的間距17的表面2的初步加工階段的過(guò)渡表面14，該表面的加工將在下面進(jìn)行說(shuō)明。作為過(guò)渡表面，加工出其直徑30大于它們的中點(diǎn)之間的距離的球形空腔11，以便允許具有鞍形凹部10的肋6在可得到的加工精度的范圍內(nèi)保持不變。為此，圖4a，4b，4c最初是光滑的初始表面以這樣的方式涂覆有一層對(duì)電化作用有效的保護(hù)漆膜15，使得按照間距17的柵格加工出直徑19大大小于球形空腔11的直徑30的孔18形式的微孔。隨后將在保護(hù)漆膜上設(shè)置有孔18的表面暴露到一種電解液中，在孔的部位處就會(huì)發(fā)生電化腐蝕或蝕刻。電化腐蝕作用的時(shí)間必須根據(jù)具有直徑19的孔18相對(duì)于球形空腔11的所要求的直徑30的尺寸不足的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于尺寸過(guò)小的情況(圖4b)，則作用時(shí)間較短和得到的球形空腔11較淺。對(duì)于尺寸不足較大的情況(圖4c)，則作用時(shí)間較長(zhǎng)，得到的球形空腔11較深。作為極限值，半球的直徑的60％可以認(rèn)定為是球形空腔的可以設(shè)法得到的深度12。在此種情況下，深度的最初的10％以大致圓筒形的形狀延伸到半球形杯體上。在電解加工后，呈現(xiàn)過(guò)渡表面14，但粘接的保護(hù)漆膜15仍在。根據(jù)保護(hù)漆膜的類型，可以用溶劑，化學(xué)的方式，通過(guò)熱的作用和/或機(jī)械的方式去掉保護(hù)漆膜，以便獲得過(guò)渡表面14，該表面通過(guò)噴砂方法得到精細(xì)的結(jié)構(gòu)。如果保護(hù)漆膜15可以通過(guò)噴砂方法以機(jī)械的方式去掉，保護(hù)漆的去掉和精細(xì)結(jié)構(gòu)的加工就可以在一個(gè)單一的操作中完成。
孔的加工或孔18外側(cè)的保護(hù)漆膜的硬化也可以通過(guò)光化效應(yīng)來(lái)分別進(jìn)行，例如保護(hù)漆膜可以通過(guò)在孔18外側(cè)穿過(guò)罩的輻射而硬化并且在沒(méi)有“暴露”的孔的部位處被洗掉，以便因此達(dá)到進(jìn)行電化腐蝕的必要條件。在圖1e中示出了適合于圖1d的罩32，其中輻射線之間的偏移路徑標(biāo)示在具有間距17的柵格中。通過(guò)光照效應(yīng)可以硬化的聚合物還可以考慮作為保護(hù)漆膜。
一種不同的可能性是將保護(hù)漆膜15涂覆到整個(gè)表面上并且使其硬化，然后接著用激光使保護(hù)漆膜在孔18的部位處蒸發(fā)。如果在孔的部位處的金屬既不能液化也不能蒸發(fā)則是有利的。
實(shí)例當(dāng)使用Union Carbide公司的Parylene保護(hù)漆膜時(shí)，可以通過(guò)Parylene的蒸發(fā)在真空中完成這種涂敷，其蒸發(fā)物會(huì)凝結(jié)在表面上并聚合，其中保護(hù)漆Parylene是由地處英國(guó)Northampton的精密表面聚合物N0va Tarn有限公司生產(chǎn)和銷售的。將部件放置在例如如圖7a中所示那樣的真空爐內(nèi)的吊掛裝置上，在該爐內(nèi)，Parylene在600°下蒸發(fā)。沉淀層每小時(shí)增加約2μm， 即使難以接近的部位也得到很好的涂覆。3μm＜S＜10μm的厚度對(duì)于用于電化腐蝕的絕緣層的厚度就已經(jīng)足夠了，而層厚達(dá)到100μm也是可能的。7μm的厚度S被證明是安全的層厚，在這樣的厚度下，即使是尖銳的邊緣過(guò)渡區(qū)仍然可以得到合適的涂覆。對(duì)于小于5μm的厚度，在電化蝕刻的過(guò)程中在某些部位處的保護(hù)漆膜會(huì)被沖洗噴流33(圖7b)剝落。當(dāng)在真空爐進(jìn)行這樣的涂敷時(shí)，超過(guò)10μm的厚度不是很不經(jīng)濟(jì)的。
在圖8b所示的結(jié)構(gòu)布置中，Parylene在植入器上呈現(xiàn)一種薄的透明保護(hù)漆膜，為了加工孔18，該植入器被安裝在一個(gè)數(shù)控安裝設(shè)備36上，以便用激光13在保護(hù)漆膜15上鉆出孔18。在圖8b中，髖關(guān)節(jié)殼37借助一個(gè)緊固螺釘38固定到一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸39上，該芯軸的軸線40與髖關(guān)節(jié)殼的極軸線重合。安裝設(shè)備36由一個(gè)支架41構(gòu)成，該支架41立在一個(gè)組合臺(tái)上，該組合臺(tái)可在x和y方向上移動(dòng)并且裝有一個(gè)用于豎向z的豎向滑架。激光器13垂直于組合臺(tái)安裝并且經(jīng)一個(gè)控制裝置43以這樣的方式與數(shù)控設(shè)備36協(xié)同工作，使得它可以根據(jù)預(yù)定的柵格在保護(hù)漆膜上擊出一個(gè)孔的圖案。為此，控制裝置43借助連接線47連接到激光器13，安裝設(shè)備36和芯軸39的芯軸驅(qū)動(dòng)器39a上，驅(qū)動(dòng)器39a以一個(gè)樞轉(zhuǎn)角42固定到豎向滑架41a上。在圖8a中，待加工的表面包括兩個(gè)平行于赤道的帶域44a和44b。根據(jù)圖6，由于為孔18進(jìn)行的焦距重新調(diào)節(jié)對(duì)于深度變化小于8mm時(shí)是不必要的，因此孔18已經(jīng)可以按圖5和6所示那樣在表面上加工出來(lái)，這些表面成階梯狀或通過(guò)組合滑塊在x-y平面上在允許的深度變化45的范圍內(nèi)的偏移與激光束46成傾斜的關(guān)系。由于樞轉(zhuǎn)角42，42a，42b在平行于組合臺(tái)延伸的帶域44，44a，44b處形成切線，這樣就在組合臺(tái)的坐標(biāo)系中繪制出柵格17的梯形孔圖案，只有很小的偏差17a，17b而無(wú)需沿z軸線移動(dòng)。芯軸39在每種情況下由某種分度裝置進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)使得梯形的稍為有點(diǎn)偏差的孔的圖案在帶域44的周邊上并排布置。同樣還可以給轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸39提供數(shù)控的微調(diào)并采用為控制芯軸驅(qū)動(dòng)器39a和為在x軸線上的位移編制的程序來(lái)加工出孔的圖案。
圖8c中示出了對(duì)照水平激光束46進(jìn)行深度調(diào)節(jié)的局部補(bǔ)償?shù)牧硪环N可能性。激光束46通過(guò)兩個(gè)45度鏡70在豎向方向上是可偏移的，角度鏡之一可偏移地安裝在一個(gè)豎向滑架41a上。平行射出的激光束通過(guò)一個(gè)透鏡71聚焦，該透鏡則固定在一個(gè)水平的滑架76上并且可相對(duì)于豎向滑架41a水平地移動(dòng)。激光束聚焦在髖關(guān)節(jié)殼37的表面上，該髖關(guān)節(jié)殼自身按照極軸和芯軸40重合的方式由一個(gè)緊固螺栓60固定在一個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸39上。通過(guò)一個(gè)可控的轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)75，可以接近處在同一緯度上的所有的點(diǎn)，而對(duì)于焦距沿經(jīng)線的偏移，豎向滑架41a在Z方向上以數(shù)控的方式豎向地移動(dòng)并且在水平面上透鏡位置的校正是同時(shí)進(jìn)行的。這種必要的校正此處通過(guò)水平滑架76由銷73導(dǎo)引其在導(dǎo)引槽74中滑動(dòng)的方式會(huì)與豎向滑架41a的高度調(diào)節(jié)一起出現(xiàn)，該導(dǎo)引槽大致平行于髖關(guān)節(jié)殼37的經(jīng)線布置。導(dǎo)引槽74在一個(gè)空間固定位置的立柱72上加工出。它沒(méi)有必要準(zhǔn)確地平行于工件的表面，因?yàn)榻裹c(diǎn)的距離可以在高達(dá)8mm的范圍內(nèi)波動(dòng)，以便在保護(hù)漆膜上擊出足夠精確的孔。
在圖5和6中，具有直徑19的孔18與球形空腔11一起標(biāo)示出，球形空腔11直到隨后借助電化腐蝕才加工出，電化腐蝕加工出的球形空腔由較密的陰影部分48標(biāo)示。
涂敷保護(hù)漆膜的另一些實(shí)例有其他類型的保護(hù)漆膜15可以通過(guò)不同的方法涂覆到植入器1上。
-可以通過(guò)浸漬上漆的方法涂敷一種在甲醇中可溶解的酚醛樹(shù)脂，象例如Henkel公司的產(chǎn)品Chemlock 104。
-可以通過(guò)噴淋上漆的方法涂敷象Holden公司的產(chǎn)品Goldlacquer或Boden公司的產(chǎn)品Cascophon那樣的含有酚醛的環(huán)氧樹(shù)脂；-其他的可能性包括干粉末靜電敷漆法；
以便提供使用激光束來(lái)在保護(hù)漆膜15上鉆出孔18而不會(huì)損害處在漆膜下面的金屬的類似于在圖5，6，8a，8b中所代表的條件。圖8a所示的用于人造髖關(guān)節(jié)的外殼1可以在極性側(cè)端固定在一個(gè)用于涂敷保護(hù)漆膜的階梯形安裝孔64上，圖9所示的臺(tái)肩64沒(méi)有接納保護(hù)漆膜以便可有金屬表面接觸而進(jìn)行電流傳遞。安裝孔63和臺(tái)肩64在保護(hù)漆膜的激光鉆孔過(guò)程中同時(shí)還起到用于圖8b所示的固定螺釘38的一個(gè)固定表面和反向表面的作用，而在圖9中以這樣的方式安置一個(gè)帶有一個(gè)埋頭螺母61的緊固螺栓60，使得為定心和電流傳遞所提供的暴露位置通過(guò)軟的密封件62得以密封而不與電解液24接觸。
在圖9所示的結(jié)構(gòu)中，圖中示出的帶有一個(gè)孔的圖案44的外殼1固定到拉緊螺栓60上。該拉緊螺栓60以這樣的方式被夾持在一個(gè)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)的絕緣夾爪57中，使得支承殼1繞著其極性軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)量58為每分鐘幾轉(zhuǎn)。例如，典型的情況是每分鐘5轉(zhuǎn)。支承殼1在一個(gè)具有一個(gè)溢流口68的電解槽69中轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)控制系統(tǒng)43經(jīng)一條輸入引線53，一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)56和經(jīng)夾固螺栓60將支承殼1連接到一個(gè)電位裝置上。一個(gè)電極26經(jīng)一個(gè)輸入引線53連接到另一個(gè)電位裝置上，其電位之差可以例如通過(guò)一個(gè)在控制系統(tǒng)43處的顯示器54讀出。副電極26固定到一個(gè)支柱55上并且以一個(gè)扁平的電極的形式繞引到支承殼1的一段上，以便在孔的圖案44的區(qū)域上出現(xiàn)寬度小于10mm的槽，新的電解液52，例如一種食鹽溶液經(jīng)一個(gè)扁平的噴射管51注入該槽中。當(dāng)在兩個(gè)電極之間施加一個(gè)合適的電壓時(shí)，就在置于保護(hù)漆中的孔的區(qū)域發(fā)生電化金屬腐蝕。金屬離子進(jìn)入溶液內(nèi)并形成鹽，同時(shí)氣泡67同時(shí)地出現(xiàn)，如果氣泡不能因它們的初始動(dòng)力和借助清洗噴流從工作區(qū)清洗掉，就會(huì)妨礙腐蝕的過(guò)程。通過(guò)限制電流和調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的時(shí)間可以非常精確地保持所出現(xiàn)的球形空腔的尺寸。
在圖7a，7b中示出了假體軸1的另一個(gè)實(shí)施例。假體軸1可以以其錐體49固定到圖7a所示的懸掛裝置中，以便涂敷保護(hù)漆膜。密封環(huán)使錐體34與保護(hù)漆膜隔開(kāi)，以便在保護(hù)漆膜15上鉆出孔18后根據(jù)圖7b那樣它可以用來(lái)安裝在一個(gè)電極夾持件50內(nèi)。經(jīng)錐體34的端面上的彈性觸點(diǎn)可進(jìn)行電流傳遞。假體軸1在固定位置處安裝在電極夾持件50內(nèi)并且與反向電極26一起豎立在電極槽中，即豎立在食鹽溶液25內(nèi)，該反向電極作為一個(gè)扁平的電極符合軸的輪廓并形成一個(gè)槽28，清洗電解液就經(jīng)一個(gè)沖洗管51以沖洗噴流33注入到槽28中。此處流量為10升/每分鐘，或者如果槽28在工件處的延伸面積超過(guò)15cm2的話流量可以更大。這大致對(duì)應(yīng)于槽28中的400mm/s的流速。電極的典型的結(jié)構(gòu)形式是一個(gè)扁平的電極，該電極距鉆出的圖案具有2mm的距離并且如果是用飽和的食鹽溶液進(jìn)行這個(gè)工作的話，其邊緣在每個(gè)方向上相對(duì)于鉆出的圖案短了約4mm。
電流的密度一般應(yīng)該介于2至10A/cm2之間以便所出現(xiàn)的氣泡通過(guò)將腐蝕掉的材料沖出凹陷部11的方式能有助于腐蝕的過(guò)程。
使用食鹽溶液作為電解液的好處在于通過(guò)過(guò)濾可以實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的電解液再循環(huán)，而且電解液制造簡(jiǎn)單，也不會(huì)對(duì)操作人員或植入器的未來(lái)載者造成危險(xiǎn)。
電極26可以用碳或金屬制造，最好使用黃銅，因?yàn)辄S銅易于加工并且在食鹽溶液中進(jìn)行的電化腐蝕過(guò)程中不會(huì)受到侵蝕。
在圖7b中，反向電極26同樣安裝在支柱55上的一個(gè)固定的位置上。工件1和反向電極26可以經(jīng)輸入引線53連到控制系統(tǒng)43中的一個(gè)電壓源中。電壓值和電流值是可以調(diào)節(jié)的并且可以從顯示器54上讀出。
圖7c中示出了一個(gè)反向電極26，它在想象的腐蝕區(qū)域中具有一個(gè)與工件1的狹窄間隙并且經(jīng)多個(gè)孔77將新的電解液噴射到工作間隙內(nèi)?？?7在空腔78內(nèi)終止，該空腔經(jīng)一個(gè)沖洗管51輸以新的電解液52。
圖11和12中示出了用于植入器表面成形的另兩個(gè)實(shí)例。借助激光在漆膜上蝕刻出的溝紋段使得在隨后進(jìn)行的電化腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)溝槽段79，這些溝槽段或多或少地相互貫通并且由留下來(lái)的肋80將它們相互分隔開(kāi)。通過(guò)此處較大的連接表面就使得向內(nèi)長(zhǎng)的組織的血液供應(yīng)得到改善。沿著溝槽段79可以出現(xiàn)較大的血管。圖11示出了作為一個(gè)通過(guò)復(fù)制而可以覆蓋住較大區(qū)域的底表面81的迷亂的直角網(wǎng)絡(luò)。圖12示出了構(gòu)造成帶有同樣便于向內(nèi)長(zhǎng)的圣誕樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的六角形的底表面81。這類底表面的優(yōu)點(diǎn)是，它們?cè)谟眉す膺M(jìn)行蝕刻的過(guò)程中即使在彎曲的表面上也可以彼此靠近或毗鄰地排成行，而沒(méi)有太大的扭曲出現(xiàn)。
溝槽段的精確的蝕刻可以用一個(gè)多軸數(shù)控裝置非常簡(jiǎn)單地進(jìn)行控制，因?yàn)樵摂?shù)控裝置在蝕刻過(guò)程中可以控制植入器和激光器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
本文中所描述的表面和它們的加工方法還可以相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于其他的領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中，金屬基片設(shè)置有由凸起部和凹陷部構(gòu)成的結(jié)構(gòu)以便與其他材料有較好的連接。因此，滑動(dòng)支承的支承殼可以在涂敷實(shí)際的支承材料之前提供這類的結(jié)構(gòu)，而不管支承材料是否受到加壓，象例如聚四氟乙烯那樣的材料，或不管材料是否以金屬噴涂的方式噴涂上去。
同樣可以給加壓工具，注射工具或輥?zhàn)拥慕饘俦砻嫣峁┻@樣的粗糙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以借助形式變換轉(zhuǎn)換為其他部件上例如由塑料制成的部件上的負(fù)元。
該加工方法自身的各個(gè)步驟可以通過(guò)輔助的措施加以改善。因此，在電化腐蝕過(guò)程中食鹽溶液的效應(yīng)可以得到改善，因?yàn)槭雏}溶液保持在恒定的和稍稍高些的處在50℃和沸點(diǎn)之間的溫度之下。而且，通過(guò)使工件在腐蝕流體中快速移動(dòng)可以改善腐蝕效果，因?yàn)槔缭诟g過(guò)程中工件被安裝在一個(gè)象超聲波電極(sonotrode)那樣的超聲探頭(ultrasonic head)上。對(duì)于使尺寸如人造髖關(guān)節(jié)那樣大的工件移動(dòng)的超聲波振蕩器來(lái)說(shuō)，25Khz是典型的頻率。但是，用50-100 Hz的頻率也足以搖動(dòng)工件，因?yàn)閾u動(dòng)激發(fā)器允許作用在工件的懸浮裝置上。
權(quán)利要求
1.一種用于例如骨頭的具有一個(gè)表面(2)的金屬植入器，該表面具有由凸起部(3)和凹陷部(4)構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)，其特征在于該表面遍布有由突起肋構(gòu)成的網(wǎng)格(5)，這些突起肋形成節(jié)點(diǎn)(7)和間隙寬度為2mm-0.4mm的間隙(8)；每一個(gè)間隙(8)都大致形成一個(gè)球形空腔(11)截面形式的凹槽；以及該粗糙結(jié)構(gòu)具有用于錨固的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的植入器，其特征在于該些球形空腔(11)具有相對(duì)于該些節(jié)點(diǎn)(7)的深度(12)，其大小介于該球形空腔(11)的直徑的10％至60％之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的植入器，其特征在于毗鄰的球形空腔(11)在它們的邊緣處部分地相互穿透，以便形成具有鞍形凹部(10)的肋(6)，而肋(6)的節(jié)點(diǎn)(7)象山峰一樣進(jìn)一步突出。
4.如權(quán)利要求3所述的植入器，其特征在于肋(6)的鞍形凹部點(diǎn)(10)相對(duì)于節(jié)點(diǎn)(7)凹陷一個(gè)凹陷量V，該凹陷量V小于球形空腔(11)的深度(12)的50％。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的植入器，其特征在于球形空腔(11)的中點(diǎn)以對(duì)應(yīng)于規(guī)則的柵格間距的距離(17)進(jìn)行布置。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的植入器，其特征在于該表面(2)是由鈦或鈦合金構(gòu)成的。
7.一種用于加工如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的金屬植入器(1)的表面(2)的方法，其特征在于給該金屬表面涂敷上一層電化活性的保護(hù)漆膜或涂層(15)，直徑(19)小于間隙寬度(9)的孔(18)置于后加工的間隙(8)的間距(17)處；將在保護(hù)漆膜上設(shè)置有孔的表面暴露于一種電解液(20)中一段時(shí)間，以便通過(guò)電化腐蝕或蝕刻加工出由狹窄的肋(6)相互隔開(kāi)的球形空腔(11)的部分；將留下的保護(hù)漆膜(15)去掉；以及通過(guò)例如噴砂方法使該粗糙的結(jié)構(gòu)表面具有一個(gè)精細(xì)的結(jié)構(gòu)；
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于施加上一層保護(hù)漆膜，該保護(hù)漆膜通過(guò)輻射而硬化，通過(guò)罩遮住保護(hù)漆膜上的孔，以便通過(guò)腐蝕而去掉未硬化的保護(hù)漆膜，以便接著進(jìn)行電化加工。
9.如權(quán)利要求7所述的用于加工沒(méi)有精細(xì)結(jié)構(gòu)的粗糙結(jié)構(gòu)的過(guò)渡表面(14)的方法，其特征在于在第一步驟中，給金屬表面整個(gè)涂敷上一種粘性的、電化活性的保護(hù)漆膜或涂層(15)，該保護(hù)漆膜可以由一個(gè)波長(zhǎng)選定的激光器(13)在這樣低的能量密度下進(jìn)行蝕刻，使得存在相對(duì)于進(jìn)行金屬腐蝕所要求的能量密度的足夠的防止金屬腐蝕的能量閾值；在接著的步驟中，根據(jù)設(shè)想中的球形空腔(11)的間距(17)利用選定波長(zhǎng)(16)的激光器(13)在保護(hù)漆膜中擊出孔，同時(shí)使孔(18)的直徑小于后加工的球形空腔(11)的直徑；在接著的步驟中，將保護(hù)漆膜(15)上設(shè)置有孔(18)的表面暴露到一種導(dǎo)電液(20)中，以便在有限的時(shí)間內(nèi)通過(guò)電化腐蝕和/或蝕刻加工出圓形的空腔(11)，該空腔在深度上同時(shí)在平行于孔(18)的區(qū)域內(nèi)的該表面的方向上生長(zhǎng)；和在接著進(jìn)行的另一個(gè)步驟中去掉留下的保護(hù)漆膜。
10.如權(quán)利要求7或9所述的方法，其特征在于在第一步驟中，通過(guò)在真空中蒸發(fā)的方式將Union Carbide公司的產(chǎn)品Parylene作為一種單體施加到植入器上作為一層保護(hù)漆膜，以便使其聚合成保護(hù)漆膜(15)，漆膜的厚度S大小為3μm＜S＜100μm，最好其厚度S的大小為5μm＜S＜10μm；采用一種模式的激光，該激光在孔(18)的焦點(diǎn)處所產(chǎn)生的能量密度較金屬的熔融和焊接所需的能量密度低50多倍，例如，對(duì)于厚度為S＝7μm的聚對(duì)亞苯基二甲基涂層(Parylene layer)，一個(gè)25瓦特的CO2激光器可以在波長(zhǎng)為10.6μm產(chǎn)生2J/mm2能量密度；和可以使用鹽溶液，溴化鉀溶液，硝酸鈉溶液，氯酸鈉溶液或稀酸溶液作為導(dǎo)電的液體(24)，以便借助電以電化的方式腐蝕或蝕刻。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于提供一個(gè)清洗操作作為預(yù)備步驟或中間步驟。
12.如權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用食鹽溶液作為用于由鈦或鈦合金制成的植入器的導(dǎo)電液體；和將電壓暫時(shí)施加在植入器和電極之間的鹽溶液中，以便在一定的作用時(shí)間過(guò)程中得到在孔(18)處的預(yù)定的尺寸的圓形空腔(11)。
13.如權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于將小于100伏特的最小電壓施加到進(jìn)行電化腐蝕的植入器上以便去掉鈍化保護(hù)層，而實(shí)際的腐蝕發(fā)生在電壓介于15-60伏特之間時(shí)，對(duì)于鈦來(lái)說(shuō)，最好是在40伏特的電壓下。
14.如權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用一種在甲醛中可溶解的酚醛樹(shù)脂，例如Henkel公司的產(chǎn)品Chemlock104作為保護(hù)漆膜(15)。
15.如權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用一種含有酚醛的環(huán)氧樹(shù)脂，例如Holden公司的產(chǎn)品Goldlacquer或Borden公司的產(chǎn)品Cascophon作為保護(hù)漆膜(15)。
16.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于保護(hù)漆膜(15)是通過(guò)干粉末靜電敷漆法施加上的。
17.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在蝕刻或電化腐蝕后，使余下的保護(hù)漆膜涂層(15)在低于400℃的溫度下，通過(guò)例如熱空氣或紅外線產(chǎn)生的熱，以裂紋的方式脆化，以便例如借助噴砂方法以機(jī)械的方式或通過(guò)苛性浸蝕去掉漆膜。
18.如權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用波長(zhǎng)大于2μm的激光以便在金屬的表面上部分地得到反射。
19.如權(quán)利要求7或9至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于為了在過(guò)渡表面(14)處加工出具有給定直徑(9)的不同深度(12)的空腔(11)，或者，一方面，使保護(hù)漆膜(15)上的孔(18)的直徑(19)保持較小并且延長(zhǎng)蝕刻的時(shí)間以便產(chǎn)生較深的半球形空腔(11)，或者，另一方面，在使保護(hù)漆膜(15)上的孔(18)的直徑(19)保持較大，并且縮短蝕刻的時(shí)間以便得到較淺截面的球形空腔(11)。
20.如權(quán)利要求7至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在電化腐蝕過(guò)程中，將一個(gè)表面電極(26)安置在距植入器介于1mm至10mm之間的距離處并且以其表面(27)覆蓋住植入器(1)的至少一部分，以便形成一個(gè)槽(28)，流過(guò)該槽的電流密度保持小于20A/cm2，最好是處在2至10A/cm2之間。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于在槽(28)中的腐蝕液可以由一個(gè)沖洗設(shè)備以100至400mm/s的槽中速度加以替換。
22.如權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于對(duì)于象例如髖關(guān)節(jié)殼那樣的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱植入器來(lái)說(shuō)，該植入器(1)在液體(20)中是繞其旋轉(zhuǎn)軸(29)旋轉(zhuǎn)的，而該電極(26)僅僅覆蓋住要加工的植入器的表面的一部分。
23.如權(quán)利要求7至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于為了使電解液(20)中的電流密度的調(diào)節(jié)得到改善，其溫度保持恒定在某個(gè)水平上，例如對(duì)于食鹽溶液來(lái)說(shuō)，使溫度保持小于90℃。
24.一種用于加工金屬植入器上的表面的方法，該表面具有呈現(xiàn)肋的形式的凸起部和呈現(xiàn)寬度為2mm至0.4mm的槽的形式的凹陷部構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)，其特征在于在第一步驟中，用一種粘性的、電化活性的保護(hù)漆膜或涂層覆蓋住該金屬表面，該漆膜可以通過(guò)一個(gè)選定波長(zhǎng)的激光器以這樣低的能量密度進(jìn)行蝕刻，低到使得存在一個(gè)相對(duì)于金屬腐蝕所需要的能量密度來(lái)說(shuō)是有效的可以防止金屬的腐蝕的能量閾值；在接著的步驟中，用選定波長(zhǎng)的激光器，在保護(hù)漆膜上蝕刻出對(duì)應(yīng)于所想象的溝槽的中心線的溝紋，溝紋的寬度只有后面成形的溝槽的寬度的幾分之一；在另一個(gè)步驟中，將保護(hù)漆膜上提供了溝紋的表面暴露到導(dǎo)電的液體中一定的時(shí)間，以便通過(guò)電化腐蝕或蝕刻的方式加工出在深度上和在平行于溝紋所作區(qū)域的表面的寬度上同時(shí)擴(kuò)展的溝槽；在另一個(gè)步驟中，將留下的保護(hù)漆膜去掉。
25.一種用于在金屬部件上加工一個(gè)表面(2)的方法，該表面具有一個(gè)由凸起部(3)和凹陷部(4)構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)，并且遍布由突出肋(6)構(gòu)成的網(wǎng)格(5)，該些突出肋形成節(jié)點(diǎn)(7)和具有2mm至0.4mm的間隙寬度的間隙(8)，間隙(8)在每一種情況下基本上都形成球形空腔(11)截面形式的凹陷，其特征在于該金屬表面涂敷有一層電化活性的保護(hù)漆膜(15)，其直徑(19)小于間隙寬度(9)的孔(18)置于后加工的間隙(8)的間距(17)處；將保護(hù)漆膜上設(shè)置有孔的表面暴露到一種電解液920)中一定的時(shí)間，以便通過(guò)電化腐蝕或蝕刻加工出由狹窄的肋(6)相互分隔開(kāi)的球形空腔(11)的截面；和將留下的保護(hù)漆膜(15)去掉。
26.一種用于在金屬部件上加工出一個(gè)表面的方法，該表面具有由呈現(xiàn)肋形式的凸起部和呈現(xiàn)寬度為2mm至0.4mm的溝槽形式的凹陷部構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)，其特征在于在第一步驟中，用一種粘性的、電化效應(yīng)的保護(hù)層涂敷到該金屬表面上，該涂層可以借助這樣低的能量密度的選定波長(zhǎng)的激光將其去掉，使得存在一個(gè)相對(duì)于金屬腐蝕所需要的能量密度有效的防止金屬腐蝕的能量閾值；在接著進(jìn)行的步驟中，用波長(zhǎng)選定的激光在保護(hù)漆膜上蝕刻出對(duì)應(yīng)于所設(shè)想溝槽的中心線的溝紋，溝紋的寬度只有后成形的溝槽的寬度的幾分之一；在另一個(gè)步驟中，將保護(hù)漆膜上設(shè)置有溝紋的表面暴露到一種電解液中，以便通過(guò)電化腐蝕和/或蝕刻一定的時(shí)間加工出在深度上和平行于溝紋的區(qū)域的表面的寬度方向上同時(shí)擴(kuò)展的溝槽；和在另一個(gè)步驟中將留下的保護(hù)漆膜去掉。
全文摘要
一種用于金屬植入器的表面,具有由凸起部和凹陷部構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu),布滿由形成節(jié)點(diǎn)和間隙或網(wǎng)孔的突出肋構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),間隙有2mm至0.4mm的間隙寬度,凹陷部呈現(xiàn)球形空腔的截面。節(jié)點(diǎn)可象山峰那樣突出,而如果球形空腔相互稍有交叉,將節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)的肋都形成一較低的鞍形凹部。通過(guò)涂敷抗電化的保護(hù)漆膜,漆膜上用例如激光器以預(yù)定間隔擊出孔而不損害金屬,借電化腐蝕經(jīng)濟(jì)地提供粗糙結(jié)構(gòu)的過(guò)渡表面,通過(guò)噴砂方法可獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B23K26/38GK1170561SQ9711053
公開(kāi)日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月10日
發(fā)明者R·巴吉, J·M·卡瑟爾斯, T·S·金, T·A·拉吉, A·T·米勒 申請(qǐng)人:蘇舍奧索帕迪有限公司