KR100917986B1 - Manufacturing method of UHMWPE artificial joint - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공관절 치환술에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌 (Ultra High Molecular Weight Polyethylene, 이하 ‘UHMWPE’라 함)를 소재로 한 인공관절 제조 방법에 관한 것으로서, 융점 및 용융지수 (melt index)가 높아 성형이 매우 까다로운 UHMWPE를 가공 시간이 짧은 1차 선반가공을 한 다음, 임플란트의 관절면 부분을 금형을 이용하여 열과 압력을 가하는 압축 성형법으로 2차 가공하는 것으로서, 선반가공으로 인한 인공관절 관절면 부분의 높은 조도를 개선함으로써 임상 적용 후 마모 시 미세입자 발생 우려를 낮추고 생산성을 높이는 효과가 있다. The present invention relates to a method for manufacturing an artificial joint made of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), which is used for arthroplasty, and has a high melting point and a melt index. UHMWPE, which is very demanding, is subjected to the first turning process with short machining time, and then the joint surface part of the implant is secondarily processed by compression molding applying heat and pressure using a mold. By improving the roughness, it is possible to reduce the fear of generating microparticles when worn after clinical application and to increase productivity.
인공 슬관절, 비구 컵(acetabular cup), 임플란트, 압축성형, 관절면, 인공장기 Artificial knee joint, acetabular cup, implant, compression molding, articular surface, artificial organ
Description
본 발명은 인공관절 치환술에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌 (Ultra High Molecular Weight Polyethylene, 이하 ‘UHMWPE’라 함)를 소재로 한 인공관절 제조 방법에 관한 것으로서, 융점 및 용융지수(melt index)가 높아 성형이 매우 까다로운 UHMWPE를 가공 시간이 짧은 1차 선반 가공을 한 다음, 임플란트의 관절면 부분을 금형을 이용하여 열과 압력을 가하는 압축 성형법으로 2차 가공하는 것으로서, 선반가공으로 인한 인공관절 관절면 부분의 높은 조도를 개선함으로써 임상 적용 후 마모 시 미세입자 발생 우려를 낮추고 생산성을 높이는 효과가 있다. The present invention relates to a method for manufacturing an artificial joint made of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), which is used for arthroplasty, and has a high melting point and a melt index. UHMWPE, which is very demanding, is subjected to the first lathe with a short machining time, and then the joint part of the implant is secondarily processed by compression molding using heat and pressure using a mold. By improving the roughness, it is possible to reduce the fear of generating microparticles when worn after clinical application and to increase productivity.
인공관절은 무릎 관절이나 고관절 등에 각종 질환이나 외상 등의 원인으로 인해 약물 요법이나 물리 치료 등에 반응하지 않는 경우의 환자들에게 인공 관절을 대치하는 시술에 사용되고 있다. 그 중에서도 PE은 1962년 Charnley 경이 HMWPE를 사용하여 금속 폴리에틸렌 베어링 표면(metal-polyethylene bearing surface)의 전마모성 관절성형술(hip arthroplasty)로 사용하면서 시작하였다. HMWPE를 사용하기 전에 마찰계수가 낮은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluorethylene, PTFE)를 사용하였으나 마모에 약하여 마모 입자로 인한 심한 면역 반응의 저하를 막는 소재로 HMWPE를 사용하게 되었으며, 그 중 분자량이 백만 이상인 HMWPE 직쇄(linear chain)를 UHMWPE라고 한다. UHMWPE는 생체 적합성이 높고 내마모성과 기계적 특성이 뛰어난 장점이 있다. Artificial joints are used to replace artificial joints in patients who do not respond to drug therapy or physical therapy due to various diseases or traumas such as knee joints or hip joints. Among other things, PE began in 1962 using the Charnley wonder HMWPE as a hip arthroplasty for metal-polyethylene bearing surfaces. Prior to using HMWPE, polytetrafluorethylene (PTFE) with low friction coefficient was used, but HMWPE was used as a material to prevent severe deterioration of immune response due to wear particles due to its weakness of abrasion. The linear chain is called UHMWPE. UHMWPE has the advantages of high biocompatibility, excellent wear resistance and mechanical properties.
UHMWPE는 인공 고관절의 비구컵(acetabular cup), 인공 슬관절의 경골부위 대체물(tibial component) 등에 주로 사용되고 있다. UHMWPE 분말로 인공관절을 제조하기 위해서는 넓은 틀 위에서 UHMWPE 분말을 담아 놓고 가열한 상태에서 상판을 고압으로 눌러서 고체 형태의 판으로 만드는 SMC(Sheet Molding Compound)방법과 긴 통속에 UHMWPE 분말을 넣고 역시 가열과 고압으로 원통형 형태로 빼내는 압출(Extrusion)방법으로 소재를 만든 다음에 기계 가공을 하거나, UHMWPE 분말을 가열과 고압으로 직접 임플란트를 찍어내는 압축 성형 또는 다이렉트 몰딩(direct molding)방법이 있다. UHMWPE is mainly used for acetabular cups of artificial hips, tibial components of artificial knee joints, and the like. In order to manufacture artificial joints with UHMWPE powder, SMC (Sheet Molding Compound) method is used to hold UHMWPE powder on a wide frame and press the top plate at high pressure while heating, and to put UHMWPE powder in a long barrel. Extruding methods are used to produce the material in high pressure cylindrical form and then machined, or compression or direct molding of UHMWPE powder directly under heating and high pressure.
그러나, UHMWPE를 소재로 기계 가공한 인공관절의 경우, 관절면의 높은 조도로 인해 반복되는 하중으로 마모되어 인공관절 마모입자(particulate debris)를 만들고 이것이 일차적으로 골용해(osteolysis)의 원인 및 관절의 해리를 초래한다는 연구 결과가 많이 보고되고 있다. 따라서, 인공관절의 평균 수명을 제한함으로서 인공관절 재치환 수술이 필요하게 되고 환자의 신체적, 경제적 부담을 주고 있다. However, in the case of artificial joints machined from UHMWPE, the joints are worn under repeated loads due to the high roughness of the joint surface, creating the particulate debris, which is the primary cause of osteolysis and Many studies have reported that it causes dissociation. Therefore, by limiting the average life expectancy of the artificial joint is needed to replace the artificial joint replacement surgery is putting a physical and economic burden on the patient.
따라서 UHMWPE의 체내 마모 현상의 분석과 내마모성 향상을 위하여, UHMWPE의 분자량을 높이거나, 새로운 멸균 처리 방법, 표면 재질을 향상 시키는 표면 개 질 방법, 분말로부터 중간 가공 과정 없이 최종 UHMWPE 제품을 생산하는 기술 개발에 초점을 맞추고 있다. Therefore, in order to analyze wear resistance of UHMWPE and improve wear resistance, it is necessary to increase the molecular weight of UHMWPE, develop new sterilization method, surface modification method to improve the surface material, and produce the final UHMWPE product without intermediate processing from powder. Focusing on.
특히 분말로부터 중간 가공 과정 없이 최종 UHMWPE 제품을 생산하는 기술은 UHMWPE의 용융지수(melt index)가 매우 높음으로 인해 사출성형으로는 성형하기 매우 어려우므로 UHMWPE를 기계적 가공 및 압축 성형으로 제조 되고 있는 실정이다. In particular, the technology for producing the final UHMWPE product from powder without intermediate processing is very difficult to mold by injection molding due to the very high melt index of UHMWPE. Thus, UHMWPE is manufactured by mechanical processing and compression molding. .
기계적 가공은 설계도와 가공 기기만 있으면 제작이 가능하므로 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 기계가공에 의한 가공시간은 일반적으로 30분 내지 1시간 정도이므로 생산성이 높은 장점이 있다. 그러나 기계가공은 임플란트의 절면의 높은 조도로 인해 내마모성이 낮은 단점이 있다. Mechanical processing has the advantage that it can be easily produced because only the design and processing equipment can be manufactured. In addition, the machining time by the machining is generally about 30 minutes to 1 hour, so there is a high productivity advantage. However, machining has a disadvantage of low wear resistance due to the high roughness of the cross section of the implant.
압축 성형은 매끄러운 관절면을 제작할 수 있는 장점이 있다. 그러나 적절한 금형과 균일하고 적절한 성형 조건을 유지하여야 하므로 제작이 다소 까다롭다. 또한 UHMWPE는 용융지수(melt index)가 높아 성형이 가능한 상태로 용융시키는데 걸리는 시간이 길어 가공시간(일반적으로 2-4시간)이 길고 UHMWPE가 성형수축률이 높고 열가소성 수지이므로 성형 후 변형이 많이 일어나는 단점도 있다. 한편 압축성형법을 이용해 다양한 형태의 인공관절을 제조하기 위해서는 각각에 대해 금형을 제작하여야 하므로 생산비가 높은 단점이 있다. Compression molding has the advantage of producing a smooth joint surface. However, manufacturing is a bit tricky because it requires proper mold and uniform and proper molding conditions. In addition, UHMWPE has a high melt index, so it takes a long time to melt in a moldable state, so the processing time (usually 2-4 hours) is long, and since UHMWPE has a high mold shrinkage rate and a thermoplastic resin, deformation occurs a lot after molding. There is also. Meanwhile, in order to manufacture various types of artificial joints using the compression molding method, a mold must be manufactured for each of them, which leads to a high production cost.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하고, 생산성을 향상시키기 위한 것으로, 대량생산이 가능한 UHMWPE 블록(block)이나 로드(rod)를 이용하여 1차적으로 선반 가공하여 인공관절을 제조한 다음, 2차적으로 인공관절의 관절면 가공을 위하여 금속 몰드에 인공관절을 장착한 후 열과 압력을 가하여 관절면의 거친 면을 매끄럽게 함으로써, 내마모성 및 생산성을 향상시키는데 그 목적이 있다. In the present invention to solve the above problems and to improve the productivity, by manufacturing the artificial joint by first lathe machining using UHMWPE block (block) or rod (rod) capable of mass production, and then secondary In order to improve the wear resistance and productivity by mounting the artificial joint in the metal mold for the joint surface processing of the artificial joint to smooth the rough surface of the joint surface by applying heat and pressure.
특히, 본 발명은 분말형태의 UHMWPE를 사용하여 마모에 의해 내구성이 떨어지고 강도가 약해지던 종래 기술들에 비하여, UHMWPE 블록(block)이나 로드(rod)를 이용하여 기계 가공을 한 후, 표면에만 열을 가해 가공을 함으로써 UHMWPE의 강도가 그대로 유지될 수 있으며, 가공시간이 짧고, 가공 후 변형이 적은 인공관절의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In particular, the present invention uses a UHMWPE in the form of powder, compared to the prior art, which is less durable and weakened by wear, and then heats only on the surface after machining using UHMWPE blocks or rods. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing artificial joints that can maintain the strength of the UHMWPE as it is added, the processing time is short, and less deformation after processing.
본 발명은 인공관절 치환술에 사용되는 UHMWPE를 소재로 한 인공관절 제조 방법에 관한 것으로서, UHMWPE 소재의 인공관절에 마모가 발생하기 쉬운 관절면 부위의 내마모성을 향상시키고 생산성을 높이는 방법으로, 융점 및 용융지수 (melt index)가 높아 성형이 매우 까다로운 UHMWPE를 가공 시간이 짧은 1차 선반가공한 다음, 임플란트의 관절면 부분을 금형을 이용하여 열과 압력을 가하는 압축 성형법으로 2차 가공하는 것이다. 보다 구체적으로,The present invention relates to a method of manufacturing artificial joints made of UHMWPE material used for arthroplasty, and to improve wear resistance and increase productivity of joint areas where wear is prone to artificial joints of UHMWPE material, melting point and melting UHMWPE, which has a high melt index and is very difficult to mold, is subjected to a first lathe with a short machining time, and then secondly processed by a compression molding method in which a joint part of the implant is subjected to heat and pressure using a mold. More specifically,
초고분자량 폴리에틸렌 인공관절의 제조방법에 있어서, In the manufacturing method of ultra high molecular weight polyethylene artificial joint,
a) 초고분자량 폴리에틸렌을 인공관절 형상으로 1차 선반 가공하는 단계;a) first lathe processing of ultra high molecular weight polyethylene into an artificial joint shape;
b) 상기 선반 가공된 인공관절을 금속 몰드에 넣고 초고분자량 폴리에틸렌의 융점(Tm) - 40℃ 내지 융점(Tm) + 150℃ 범위의 열과 압력을 가하여 1차 선반 가공된 인공관절의 표면 거칠음을 매끄럽게 하는 2차 압축성형단계;b) the shelf melting point of the processed artificial joint ultra-high-molecular-weight polyethylene into a metal mold (T m) - 40 ℃ to the melting point (T m) + 150 ℃ applying heat and pressure in the range of the primary surface of the shelf the artificial joint processing roughness Second compression molding step to smooth the;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌 인공관절의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method for producing ultra-high molecular weight polyethylene artificial joint comprising a.
상기 b)단계에서 금속 몰드는 관절과 관절이 접촉되는 부위인 관절면이 닿는 부분과 나머지 부분이 들어가는 부분으로 나뉘어 있는 것이 바람직하며, 관절면이 닿는 몰드에만 열을 가해 압축성형 하는 것이 바람직하다. 이 때 관절면이 닿는 몰드의 온도는 100 ~ 300℃이고, 성형압력이 10 ~ 1000MPa인 것이 바람직하다.In step b), the metal mold is preferably divided into a part where the joint surface contacts and a part where the remaining part enters, where the joint is in contact with the joint, and is preferably molded by applying heat only to the mold in contact with the joint. At this time, the mold is in contact with the mold temperature is 100 ~ 300 ℃, the molding pressure is preferably 10 ~ 1000MPa.
이하에서 본 발명의 UHMWPE 인공관절의 제조 방법을 더 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the UHMWPE artificial joint of the present invention will be described in more detail.
본 발명은 시판되고 있는 메디칼 등급(Medical grade)의 UHMWPE 블록(block) 또는 로드(rod) 소재를 3 또는 5축 고속 가공기를 이용하여 인공관절 임플란트를 가공한다. 본 발명은 분말상이 아닌 블록 또는 로드를 사용함으로써 마모에 따른 문제가 적으며, 내구성이 보다 향상되는 효과가 있다. 아울러, 기계를 이용하여 선반가공을 함에 따라 20분 내로 가공이 가능하여 가공시간을 단축시킬 수 있는 장점 이 있다.The present invention processes artificial joint implant using commercially available medical grade UHMWPE block or rod material using a 3 or 5-axis high speed machine. In the present invention, by using a block or a rod that is not in powder form, there are fewer problems due to abrasion and durability is improved. In addition, there is an advantage that can be processed within 20 minutes according to the lathe processing using a machine to reduce the processing time.
그러나 기계 가공된 인공관절의 관절면 및 표면 부분은 고속 가공기의 절삭공구로 인해 거친 면이 생성된다. 이 표면 거칠음(roughness)을 제거하기 위하여 도 1에 도식한 바와 같이 금속 몰드에 기계 가공한 인공관절 임플란트를 장착한 후 UHMWPE의 용융점(melting point)에 가까운 온도와 적절한 압력을 가함으로써 기계 가공된 인공관절 관절면이 재가공 됨으로써 표면의 거칠음이 제거된다. However, the articular and surface portions of machined artificial joints produce rough surfaces due to cutting tools of high speed machines. In order to remove this surface roughness, as shown in Fig. 1, a machined artificial joint implant is mounted on a metal mold, and then the machined artificial body is applied by applying a temperature close to the melting point of the UHMWPE and applying an appropriate pressure. By reworking the articulation surface the roughness of the surface is removed.
이 때 상기 금속 몰드는 관절과 관절이 접촉되는 부위인 관절면이 닿는 부분과 나머지 부분이 들어가는 부분으로 나뉘어 있는 것이 바람직하며, 관절면 쪽 금형에만 열을 가함으로써 관절면 근처의 UHMWPE만 용융될 수 있게 하는 것이 좋다. 양쪽 금형에 열을 가하게 되면 소재가 전체적으로 용융되어 금형 냉각에 시간이 많이 걸리고 냉각이 완전하지 않을 때는 금형에서 소재를 탈착할 때 변형이 많이 일어날 수 있다. 특히 tibial component의 stem 부분에서 수축현상이 일어나는 경우가 많다. 반면 관절면 쪽 금형에만 열을 가하면 인공관절의 관절면 쪽만 용융되므로 쉽게 냉각이 가능하여 성형수축에 의한 변형을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 방법을 사용함으로써 인공슬관절을 20 ~ 40분 내에 성형 가능하였다.In this case, it is preferable that the metal mold is divided into a part where the joint surface contacts and a part where the remaining part enters, where the joint and the joint contact each other, and only UHMWPE near the joint surface can be melted by applying heat only to the joint side mold. It is good to have. When both molds are heated, the material melts as a whole and takes a long time to cool down the mold. When the cooling is incomplete, deformation may occur when the material is removed from the mold. In particular, shrinkage occurs in the stem of the tibial component. On the other hand, if heat is applied only to the joint surface side mold, only the joint surface side of the artificial joint is melted, and thus can be easily cooled, thereby minimizing deformation due to mold shrinkage. By using this method, the artificial knee joint could be molded within 20 to 40 minutes.
이 때 본 발명에서 사용한 UHMWPE의 일례로 융점이 140 ~ 150℃인 것이 있으며, 이 경우 관절면쪽 금형의 온도는 100 ~ 300℃가 적절하고, 보다 적절하게는 130 ~ 250℃이다. 100℃ 미만에서는 UHMWPE의 용융시간이 길어 성형시간이 긴 단점이 있고, 300℃를 초과하는 경우 UHMWPE이 열에 의하여 분해되어 인공관절의 물성을 열화시키는 문제점이 있다. 성형 압력은 10 ~ 1000MPa이 적절하나 50 ~ 200MPa 가 보다 적절하다. 즉 10 MPa 미만에서는 성형시간이 길어지는 단점이 있고 1000 MPa를 초과하는 경우 예비가공된 인공관절을 변형이나 파손시키는 문제점이 발생할 수 있다.At this time, one example of the UHMWPE used in the present invention is the melting point of 140 ~ 150 ℃, in this case, the temperature of the articulation side mold is 100 ~ 300 ℃, more preferably 130 ~ 250 ℃. If the melting time of less than 100 ℃ UHMWPE has a long molding time disadvantage, if it exceeds 300 ℃ UHMWPE is decomposed by heat, there is a problem to deteriorate the physical properties of artificial joints. Molding pressure is appropriate 10 ~ 1000MPa, but 50 ~ 200MPa is more appropriate. That is, less than 10 MPa has a disadvantage in that the molding time is long, and in the case of more than 1000 MPa, there may be a problem of deforming or breaking the pre-processed artificial joint.
이와 같은 복합 가공 방법은 인공관절 관절면의 거친면을 제거함으로서 내마모성을 증가시키며, 기계 가공과 압축가공의 장점만으로 인공관절을 가공함으로써 생산성을 높일 수 있다.Such a complex processing method increases the wear resistance by removing the rough surface of the artificial joint joint surface, and can increase the productivity by processing the artificial joint only by the advantages of machining and compression processing.
본 발명에 따른 인공관절의 제조방법은 관절면의 조도를 감소시켜 내마모성을 향상 시키고, 기계 가공과 압축 가공의 장점을 살림으로서 생산성을 높일 수 있다. The method of manufacturing artificial joints according to the present invention can improve the wear resistance by reducing the roughness of the joint surface, and improve the productivity by utilizing the advantages of machining and compression processing.
[실시예 1] Example 1
도 1을 참고하여 실시예를 설명한다.An embodiment will be described with reference to FIG. 1.
UHMWPE block(Chirulen™, ISO 5834 T2-M, Poly Hi Solidur Deutschland)를 5축 고속 가공기(Depo Jet-908, DEPO Gmph)를 이용하여 인공 슬관절을 가공하였다.UHMWPE blocks (Chirulen ™, ISO 5834 T2-M, Poly Hi Solidur Deutschland) were processed using a 5-axis high speed machine (Depo Jet-908, DEPO Gmph).
상기 슬관절이 들어갈 수 있도록 제작된 금형을 준비하였다. 이때 상기 금형은 도 1과 같이 관절면이 닿은 금형과 나머지 부분이 들어가는 금형을 각각 제조하여 조인트가 가능하도록 제작하였다.The mold was prepared to allow the knee joint to enter. At this time, the mold was manufactured to enable the joint by manufacturing a mold in which the joint surface is in contact with the remaining part as shown in FIG. 1.
관절면쪽 금형은 열-압축 가공기(Heating press DH-HCP 20, 대흥과학)에 넣어 200℃로 미리 가열을 한 다음, 기계 가공한 슬관절을 금형에 장착한 후 10분간 200℃, 200MPa으로 성형 한 다음 금형을 식힌 후 인공 슬관절을 빼내어 제작 하였다.The joint side mold is heated in a heat-compression processing machine (Heating press DH-HCP 20, Daeheung Science) at 200 ° C., and then the machined knee joint is placed in the mold and then molded at 200 ° C. and 200 MPa for 10 minutes. After cooling the mold, artificial knee joint was removed and manufactured.
이렇게 제조된 인공슬관절을 SURF COM 1004G 조도측정기(Accre Tech.)를 이용하여 조도를 측정한 결과, 기계 가공 인공 슬관절의 관절면의 경우 Ra(산술평균조도)가 2.47㎛로 거침을 확인 하였으나(도면 2 참조), 기계 가공 후 압축가공을 거친 인공 슬관절의 관절면의 Ra의 경우 0.12㎛로 거칠음(roughness)이 제거된 것을 확인할 수 있었다(도면 3 참조). As a result of measuring the roughness of the artificial knee joint manufactured using SURF COM 1004G roughness measuring instrument (Accre Tech.), It was confirmed that Ra (arithmetic mean roughness) was 2.47㎛ for the joint surface of the machined artificial knee joint (drawings) 2), in the case of Ra of the joint surface of the artificial knee joint which was subjected to compression processing after machining, it was confirmed that the roughness was removed to 0.12 μm (see Fig. 3).
[실시예 2] Example 2
UHMWPE block(Chirulen™, ISO 5834 T2-M, Poly Hi Solidur Deutschland)를 5축 고속 가공기(Depo Jet-908, DEPO Gmph)를 이용하여 인공 고관절에 필요한 비구 컵(acetabular cup)을 가공하였다. UHMWPE blocks (Chirulen ™, ISO 5834 T2-M, Poly Hi Solidur Deutschland) were processed using a 5-axis high speed machine (Depo Jet-908, DEPO Gmph) to process the acetabular cup required for the hip joint.
금형은 상기 실시예와 마찬가지로 관절면쪽이 닿는 부분과 나머지 부분이 닿는 부분으로 각각 분리하여 제작하였다.The molds were manufactured by separating the parts into the parts where the joint surface side touches and the parts that the remaining part touches, similarly to the above examples.
관절면쪽 금형은 열-압축 가공기(Heating press DH-HCP 20, 대흥과학)에 넣어 200℃로 미리 가열을 한 후, 기계 가공한 비구컵(acetabular cup)을 금형에 장착한 후 10분간 200℃, 100MPa으로 성형한 다음, 금형을 식혀 비구컵(acetabular cup)을 빼내어 제작 하였다. Joint mold is heated in a heat-compression processing machine (Heating press DH-HCP 20, Daeheung Science) at 200 ° C, and a machined acetabular cup is placed on the mold for 10 minutes at 200 ° C and 100 MPa. After molding, the mold was cooled to prepare an acetabular cup.
SURF COM 1004G 조도측정기를 이용하여 조도를 측정한 결과, 기계 가공 비구컵(acetabular cup)의 관절면의 Ra(산술평균조도)가 3.56㎛로 거침을 확인 하였으나 기계 가공 후 압축가공을 거친 인공 슬관절의 관절면의 Ra의 경우 0.14㎛로 거칠음(roughness)이 제거된 것을 확인할 수 있었다. As a result of measuring the roughness by using SURF COM 1004G roughness measuring instrument, it was confirmed that the Ra (arithmetic mean roughness) of the joint surface of the machined acetabular cup was roughly 3.56㎛, but the joint of the artificial knee joint which was compressed after machining In the case of Ra of the surface was confirmed that the roughness (roughness) was removed to 0.14㎛.
[비교예 1]Comparative Example 1
슬관절 제조에 널리 사용하고 있는 UHMWPE 분말 (GUR 4150HP, Ticona)을 압축성형용 금형에 넣고 성형하였다. 이때 상기 금형은 도 1과 같이 관절면이 닿은 금형과 나머지 부분이 들어가는 금형을 각각 제조하여 조인트가 가능하도록 제작하였다. 통상의 방법에 따라 초기 2시간 동안은 상하 금형 모두에 200℃의 열을 가하며 10MPa의 압력을 가하여 분말이 충분히 용융될 수 있도록 하였다. 다음 1시간 동안 100MPa로 압력을 상승시켜 압축 성형하였다. 압축성형이 끝난 후, 금형을 급냉하면 금형에 불균일한 온도 분포가 생겨 성형품의 변형이 심해 선풍기로 서서히 냉각한 다음 성형품을 탈착하였다. UHMWPE powder (GUR 4150HP, Ticona), which is widely used in the manufacture of knee joints, was placed in a compression molding mold and molded. At this time, the mold was manufactured to enable the joint by manufacturing a mold in which the joint surface is in contact with the remaining part as shown in FIG. 1. According to a conventional method, during the initial 2 hours, a heat of 200 ° C. was applied to both upper and lower molds, and a pressure of 10 MPa was applied to sufficiently melt the powder. Compression molding was performed by raising the pressure to 100 MPa for the next 1 hour. After compression molding, the mold was quenched, resulting in non-uniform temperature distribution in the mold.
이와 같이 압축 성형한 슬관절은 도 4와 같이 스템(stem) 부위에 수축현상이 많이 나타났다. 성형수축률을 조사하기 위하여 관절면의 장축 길이를 측정하여 압축성형용 금형의 장축 길이에 대한 퍼센트로 나타내었다. 또한 이는 실시예 1의 방법에 의한 슬관절도 측정하여 상호 비교하였다.As shown in FIG. 4, the compression-molded knee joint showed a lot of shrinkage in the stem. In order to investigate the shrinkage rate, the major axis length of the joint surface was measured and expressed as a percentage of the major axis length of the compression molding die. In addition, it was also compared by measuring the knee joint by the method of Example 1.
그 결과, 실시예 1에 의한 슬관절은 수축률은 약 1.2%인데 반하여 압축 성형한 슬관절은 약 2.7%의 수축률이 나타났다.As a result, the shrinkage of the knee joint according to Example 1 was about 1.2%, whereas the compression molded knee joint showed a shrinkage of about 2.7%.
[실험예]Experimental Example
관절면의 내마모성 평가를 위하여 실시예 1 및 비교예 1의 슬관절을 이용하여 Multi-station Knee Simulator (AMTI-Boston Model KS2-6-1000)를 이용하여 마모에 의한 무게감소를 상호 비교하였다. 그 결과, 실시예 1에 의한 슬관절의 무게감소량은 비교예 1에 비해 약 86%로서 상대적으로 마모성이 낮게 나타났다. 이는 분말을 이용해 압축 성형한 비교예 1은 금형의 형태가 불규칙하여 균일한 압축이 가해지지 않아 성형품 내에 미세 기포들이 존재하고 있기 때문에 강도가 약해져 일어나는 현상으로 보인다. In order to evaluate the wear resistance of the joint surface, the weight loss due to abrasion was compared using a multi-station knee simulator (AMTI-Boston Model KS2-6-1000) using the knee joints of Example 1 and Comparative Example 1. As a result, the weight loss amount of the knee joint according to Example 1 was about 86% compared to Comparative Example 1, and the wearability was relatively low. This is because the comparative example 1, which is compression molded using powder, is a phenomenon in which the strength is weakened because fine bubbles are present in the molded article because the uniform shape of the mold is not applied.
한편 UHMWPE block을 이용한 실시예 1은 block 제조 시에는 금형이 단순하고 균일하므로 고른 압력을 가할 수 있어 상대적으로 치밀한 조직의 성형품을 만들기가 수월하다. 따라서 이와 같이 하여 만든 block을 이용한 실시예 1의 성형품인 슬관절은 내마모성이 우수하였다.Meanwhile, in Example 1 using the UHMWPE block, the mold is simple and uniform when the block is manufactured, so that even pressure can be applied, making it easy to make a molded product having a relatively dense structure. Therefore, the knee joint which is the molded article of Example 1 using the block made in this way was excellent in abrasion resistance.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 인공 슬관절 제조 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of the artificial knee joint manufacturing method of Example 1 of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 기계 가공된 인공 슬관절의 관절면 부분의 SEM 사진을 나타낸 것이다. Figure 2 shows a SEM photograph of the articular surface portion of a machined artificial knee joint according to Example 1 of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 기계 가공 후 압축 가공한 인공 슬관절의 관절면 부분의 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a SEM photograph of the joint surface portion of the artificial knee joint after compression machining according to Example 1 of the present invention.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 압축 성형한 인공 슬관절의 스템(stem) 부분의 사진을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a photograph of the stem portion of the compression molded artificial knee joint according to Comparative Example 1 of the present invention.
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- 2007-08-14 KR KR1020070081666A patent/KR100917986B1/en not_active IP Right Cessation
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