一种梯度材料的光固化制备装置及光固化制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种梯度材料的光固化制备装置，包括水平运动台、光固化系统、水平驱动器、上下移动台和上下驱动器。本发明专利技术还公开了基于上述装置的光固化制备方法。首先，对生物功能梯度材料建模以得到建模模型；再用3D打印分层软件计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，并将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码；然后，不同种类的光固化复合溶液分别置于不同的溶液槽内；最后，根据光固化成型所需的代码控制光固化制备装置，制备出梯度材料，实现了梯度材料的比例可控。

Light curing device and method for preparing gradient material

The invention discloses a light curing device for gradient material, which comprises a horizontal motion table, a light curing system, a horizontal driver, an upper and a lower mobile station and an upper and a lower drive. The invention also discloses a method for preparing light curing based on the device. First, the modeling of biological functionally gradient materials to obtain the model; then the 3D print layered software to calculate each layer of the profile information of the model, and the contour information generating light curing required code; then, the bath solution of different kinds of light curing composite were placed in different period; at last and according to the light curing device for preparing light curing control to the code, prepared by the graded material, realize the gradient material proportion control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及梯度材料的制备领域，特别涉及一种梯度材料的光固化制备装置及光固化制备方法。
技术介绍
生物功能梯度材料(生物FGM)是一种非均匀复合材料，它的原料组分、材料构成和性能沿着材料的厚度或长度方向发生连续或不连续的变化。近年来，医学的发展导致对医用生物材料的要求也相应提高，因此研究和开发新颖、可行的生物功能梯度材料及其制备装备逐渐成为当前医学领域研究的前沿课题。由于人类的骨头、牙齿和关节等具有高硬度、耐磨性和韧性好等特点，因此使用功能梯度材料制作的人工骨、膝关节、牙科植入体和优化设计的髋关节假体可基本满足这些要求。目前，生物FGM材料主要划分为金属基生物FGM、陶瓷基生物FGM和聚合物基生物FGM等三大类，其制备方法有粉末冶金技术、等离子喷涂、离心铸造、电泳沉积技术等。粉末冶金技术是将原始原料粉末按设计的不同配比均匀混合，然后压制烧结成型。可通过调节和控制原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性，从而获得热应力缓和的功能梯度材料。这是一种最常用、更为简便的功能梯度材料制备方法。其中热压技术是粉末冶金技术发展和应用较早的一种热成型技术，常用于制备陶瓷基生物FGM，其具有烧结温度低、烧结时间短，所制材料的晶粒细等优点。目前人们在原始粉末冶金法上研究出喷射沉积法、薄膜叠层法、放电等离子烧结等新型制备方法。等离子喷涂法是一种材料表面强化和表面改性技术，原料粉末以熔融或半熔融状态直接被等离子射流喷射到基体上形成涂层。在喷涂过程中，通过改变原料粉末的组分配比、调节等离子射流温度以及速度，便可调整微观结构和成分，获得功能梯度涂层。由于喷涂材料不易被氧化，所以，在高温下可制备高致密化和高粘结强度的梯度涂层以改善基体表面的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、电绝缘、隔热、防辐射等性能，减少磨损和提高衬底表面的密封性。喷涂一层数十微米的涂层在人工骨表面，可加强人工骨和提高其亲和力。离心铸造法是在离心力作用下，利用不同的合金组分的密度差，通过调整转速、处理时间、粒子的大小、密度和温度等条件使凝固之后的组成呈梯度分布。由于其具有工艺设备简单、生产成本低廉、生产效率高等优点，因此得到广泛应用。电泳沉积法是施加电压到胶体溶液中的电极，使胶体颗粒移向电极表面放电而形成沉积层的过程。使用此法制备的材料具有独特的微结构和纳米结构以及不同类型的宏观形状、尺寸等。目前所制备的材料从传统的陶瓷已逐渐演变到功能梯度材料、叠层材料、功能和结构陶瓷涂料等先进材料。有研究表明在受限制的烧结温度下，用电泳沉积方法在基板上制备完整的致密化高分子涂层可克服并预防涂层裂缝的困难。等离子熔覆技术是一种表面改性技术，它是基于等离子束作为热源，在金属表面制取新型材料具有耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性和耐冲击性等优点。等离子熔覆采用向喷涂的镍基、钴基和铁基等自熔合金中增添了碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、硼化钛(TiB2)、氮化钛(TiN)、硼化铬(CrB2)等陶瓷和陶瓷相形成元素，可制备陶瓷复合涂层和梯度涂层。但是，上述传统技术设备制备生物功能梯度材料存在各个组分的比例控制不均匀，且制备出的生物功能梯度材料的杨氏模量实际值与根据复合材料混合定律计算出的杨氏模量预期值有较大的不同，从而影响到生物功能梯度材料的质量可靠性，进而影响到实际应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种梯度材料的光固化制备装置，实现梯度材料的组分比例可控。本专利技术的另一目的在于提供基于上述梯度材料的光固化制备装置的梯度材料的光固化制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种梯度材料的光固化制备装置，包括：水平运动台，所述水平运动台上设有至少两个透光的溶液槽；光固化系统，安装于水平运动台下方，包括光固化光源和反射镜，所述反射镜与光固化光源的出光口相对，将光固化光源出射的光反射至溶液槽上；水平驱动器，所述水平驱动器与水平运动台上的各溶液槽连接，驱动各个溶液槽在水平运动台上水平移动；上下移动台，所述上下移动台安装有成型平台；上下驱动器，所述上下驱动器与上下移动台连接，驱动上下移动台带动成型平台在溶液槽上方上下移动；控制系统，用于对梯度材料建模，计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码，并根据代码控制水平驱动器、上下驱动器和光固化系统。所述溶液槽沿所述水平运动台的滑动方向排列成行。所述梯度材料的制造设备还包括机架，所述机架包括底板、顶板、立臂及中间支架，所述中间支架垂直安装于所述底板与所述顶板之间，将所述顶板支撑于底板的上方；所述水平运动台安装于顶板上；所述立臂垂直安装于所述顶板上，所述上下移动台安装于所述立臂上；所述光固化系统安装于底板上。所述的梯度材料的光固化制备装置的梯度材料的光固化制备方法，包括如下步骤：(1)对梯度材料建模，得到梯度材料的建模模型；(2)用3D打印分层软件计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，并将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码；所述光固化成型所需的代码包括溶液槽直线移动信息、工作平台上下移动信息及光固化光源工作时间的信息；(3)将不同种类的光固化复合溶液分别置于溶液槽内；(4)根据步骤(2)得到溶液槽直线移动信息控制一个溶液槽移至与光固化光源正对的位置；(5)根据步骤(2)得到的工作平台上下移动信息控制工作平台下降，移入步骤(4)所述的溶液槽的光固化复合溶液内；(6)根据步骤(2)得到的光固化光源开启时间的信息控制光固化光源开始，对步骤(5)中的光固化复合溶液固化而在工作平台上形成固化层；(7)根据步骤(2)得到的工作平台上下移动信息控制工作平台向上移动，然后根据液槽直线移动信息控制下一个溶液槽移至与光固化光源正对的位置；(8)重复步骤(5)～(7)多次，从而得到梯度材料。所述梯度材料为生物功能梯度材料。所述光固化复合溶液有以下方法得到：将陶瓷浆料、生物聚合物溶液及光引发剂进行混合。所述梯度材料中各光固化层中陶瓷所占比例沿堆叠方向依次递减，生物聚合物所占比例沿堆叠方向依次递增。所述梯度材料中底层的陶瓷、生物聚合物及光引发剂三者比例为13：6：1，顶层的陶瓷、生物聚合物及光引发剂三者比例为6：13：1。所述梯度材料中的中间层中，陶瓷所占百分比为30％～65％；生物聚合物所占百分比为30％～65％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术采用溶液槽移动方式，通过多个溶液槽实现多种材料比例可控的梯度制备。(2)本专利技术采用上升式成型方法，溶液槽加装极少的材料就可成型，节省材料，提高材料利用率。(3)本专利技术采用光固化成型，制备速度快，有效提高生物功能梯度材料的制备效率。附图说明图1为本专利技术的实施例的梯度材料的光固化制备装置的示意图。图2为本专利技术的实施例的生物功能梯度材料的光固化制备方法的流程图。图3为本专利技术的实施例制备的具有三层的生物功能梯度材料的结构示意图。图4为本专利技术的实施例制备的具有四层的生物功能梯度材料的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，本实施的梯度材料的光固化制备装置，包括一机架、一反射镜20、一光固化光源30、一水平运动台40、至少两个透光的溶液槽50、一水平驱动器60、一上下移动台70、一上下驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度材料的光固化制备装置，其特征在于，包括：水平运动台，所述水平运动台上设有至少两个透光的溶液槽；光固化系统，安装于水平运动台下方，包括光固化光源和反射镜，所述反射镜与光固化光源的出光口相对，将光固化光源出射的光反射至溶液槽上；水平驱动器，所述水平驱动器与水平运动台上的各溶液槽连接，驱动各个溶液槽在水平运动台上水平移动；上下移动台，所述上下移动台安装有成型平台；上下驱动器，所述上下驱动器与上下移动台连接，驱动上下移动台带动成型平台在溶液槽上方上下移动；控制系统，用于对梯度材料建模，计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码，并根据代码控制水平驱动器、上下驱动器和光固化系统。

【技术特征摘要】
1.一种梯度材料的光固化制备装置，其特征在于，包括：水平运动台，所述水平运动台上设有至少两个透光的溶液槽；光固化系统，安装于水平运动台下方，包括光固化光源和反射镜，所述反射镜与光固化光源的出光口相对，将光固化光源出射的光反射至溶液槽上；水平驱动器，所述水平驱动器与水平运动台上的各溶液槽连接，驱动各个溶液槽在水平运动台上水平移动；上下移动台，所述上下移动台安装有成型平台；上下驱动器，所述上下驱动器与上下移动台连接，驱动上下移动台带动成型平台在溶液槽上方上下移动；控制系统，用于对梯度材料建模，计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码，并根据代码控制水平驱动器、上下驱动器和光固化系统。2.根据权利要求1所述的梯度材料的光固化制备装置，其特征在于，所述溶液槽沿所述水平运动台的滑动方向排列成行。3.根据权利要求1所述的梯度材料的光固化制备装置，其特征在于，包括机架，所述机架包括底板、顶板、立臂及中间支架，所述中间支架垂直安装于所述底板与所述顶板之间，将所述顶板支撑于底板的上方；所述水平运动台安装于顶板上；所述立臂垂直安装于所述顶板上，所述上下移动台安装于所述立臂上；所述光固化系统安装于底板上。4.基于权利要求1所述的梯度材料的光固化制备装置的梯度材料的光固化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对梯度材料建模，得到梯度材料的建模模型；(2)用3D打印分层软件计算出所述建模模型中每一层的轮廓信息，并将该轮廓信息生成光固化成型所需的代码；所述光固化成型所需的代码包括溶液槽直线移动信息、工作平台上...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢秉恒，王迎军，任力，陈盛贵，杨军忠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44