一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法技术

一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，先在计算机中将设计的高孔隙支架模型以STL格式在光固化3D打印机上逐层打印出光敏树脂模型，再将树脂模型放入固定容器中用细小的可溶性盐粒包埋起来，通过在盐中渗入水、振动、挤压以及抽真空的方法减少盐模具的孔隙率，再将整个模具放入干燥箱中干燥除去水分，干燥后的模具置于高温炉中烧结数小时除去模具中的光敏树脂，再将熔化的生物材料注入模具填充被烧除的部分，待生物支架完全固化后将模具放入水中水洗脱模，得到高孔隙生物支架；本发明专利技术具有材料适用范围广、可制造高孔隙率支架、成型支架表面质量好、机械强度高、可快速脱模、模具对支架无毒无害、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法
本专利技术涉及生物材料和生物制造领域，具体涉及一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法。
技术介绍
组织工程是近30年来随着细胞生物学、生物材料学和机械制造技术发展而出现的一门新型交叉学科。在组织工程中，制造生物可降解支架为细胞生长分化、输送营养等是重要的研究内容。为了控制生物支架的宏观外形和内部微观结构，3D打印是目前最常用的制造技术手段。目前的主要3D打印方法主要包括光固化成型、熔融沉积、选区激光烧结、细胞打印等。这种方法可以根据设计的模型制造具有复杂结构的生物支架，且成型效率高，但是不同工艺在孔隙结构、支架材料的选择、成型质量、支撑去除、生产成本等方面不能同时兼顾。利用3D打印+陶瓷烧结的方法，在硬组织骨支架方面的应用得到较好的发展，先用3D打印的方式做出树脂模型负型后，再用灌注的方法将生物陶瓷浆料填充于负型树脂模型周围，待固化后，利用高温烧结的方法去除树脂模型负型，得到生物陶瓷支架；这种方法在硬组织骨支架的成型方面有较好的应用，但对于软组织高孔隙化生物支架的制备，传统的3D打印、骨支架陶瓷烧结在结构、工艺和材料性能方面都无法满足其成型要求，对于低温高分子生物材料支架的制备没有较好的解决方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，使用可溶性盐作为模具材料，在生物支架浇铸成型后，可以通过水洗的方式脱模，采用本专利技术所述的加工方法可以实现支架的高孔隙化成型、具有较好的机械强度、对人体无毒无害、同时降低制造成本。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，包括以下步骤：1)光固化成型：在计算机软件中设计高孔隙支架模型，以STL格式导出到光固化3D打印机上逐层打印光敏树脂支架；2)造粒：以可溶性性盐为基本原料，以研磨的方式将可溶性性盐的粒径磨至0.2-100μm，得到可溶性盐颗粒；3)挤压成型：将步骤1)得到的光敏树脂支架放入固定容器中，用步骤2)得到的可溶性盐颗粒填充于光敏树脂支架周围直至将其全部包埋覆盖，然后向固定容器中渗入水，使可溶性盐颗粒表面溶解，同时使用振动仪振动固定容器并将可溶性盐颗粒挤压密实，抽真空排出可溶性盐颗粒间的空气，随后将盛放有光敏树脂支架和可溶性盐颗粒的固定容器放入干燥箱进行干燥处理，使得表面溶解后的可溶性盐颗粒粘接在一起后形成可溶性盐块，去除固定容器，得到可溶性盐块和光敏树脂支架的第一复合体；4)烧结：将步骤3)得到的第一复合体放入高温炉中，并在第一复合体下垫陶瓷片作为承烧板，然后升温，以1～5℃/min的升温速率由室温升温至100℃，接着以0.5～5℃/min的升温速率由100℃升温至250～400℃，保温时间为30～240min；然后以1～5℃/min的升温速率由300℃升温至烧成温度700℃～800℃，烧成时间为180～300min，使得第一复合体中的光敏树脂支架充分燃烧气化；5)出炉：将步骤4)烧成后的产品随炉冷却至200℃以下取出，自然冷却至室温即得到高孔隙光敏树脂支架的盐模具；6)注模：将步骤5)得到的盐模具用生物硅胶包裹，再用金属夹具固定盐模具与生物硅胶，在金属夹具中加入高分子生物材料，加热器连接至金属夹具，将高分子生物材料加热至熔化状态，在金属夹具上端抽真空排出空气，下端由活塞挤压熔化后的高分子生物材料注入盐模具中，待高分子生物材料充满盐模具内的孔隙后，取出盐模具和高分子生物材料的第二复合体，冷却至室温；7)脱模：将步骤6)得到的第二复合体放入水中水洗，将可溶性盐模具完全溶解后，即得到和光敏树脂支架完全一致的高孔隙率生物支架。本专利技术的有益效果为：使用可溶性盐作为模具材料，将光固化成型的树脂模型用细小的可溶性盐粒包埋起来，通过在盐中渗入水、振动、挤压以及抽真空的方法盐粒包埋的孔隙率，通过干燥、高温烧结数小时的方法除去模具中的水分和光敏树脂，注入模具的生物材料完全固化后可以通过水洗脱模，从而得到高孔隙生物支架。与现有的生物支架制造方法相比，本专利技术具有材料适用范围广、可制造高孔隙率支架、成型支架质量好、机械强度高、可快速脱模、模具对支架无毒无害、成本低等优点。附图说明图1为本专利技术实施例的盐模具制造示意图。图2为本专利技术实施例的生物材料浇铸示意图。图3为本专利技术实施例得到的生物支架模型。具体实施方式以下将结合附图和实例对本专利技术的内容进一步说明。一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，包括以下步骤：1)光固化成型:在计算机软件中设计高孔隙支架模型，以STL格式导出到光固化3D打印机上逐层打印光敏树脂支架1；2)造粒：以可溶性性盐为基本原料，本实例使用纯净的氯化钠，以研磨的方式将氯化钠的粒径磨至80μm，得到可溶性盐颗粒2；3)挤压成型：参照图1，将步骤1)得到的光敏树脂支架1放入固定容器3中，用步骤2)得到的可溶性盐颗粒2填充于光敏树脂支架1周围直至将其全部包埋覆盖，然后向固定容器3中渗入水，使可溶性盐颗粒2表面溶解，同时使用振动仪振动固定容器3并将可溶性盐颗粒2挤压密实，抽真空排出可溶性盐颗粒2间的空气，随后将盛放有光敏树脂支架1和可溶性盐颗粒2的固定容器3放入50℃干燥箱6小时进行干燥处理，使得表面溶解后的可溶性盐颗粒2粘接在一起后形成可溶性盐块，去除固定容器3，得到可溶性盐块和光敏树脂支架1的第一复合体；4)烧结：将步骤3)得到的第一复合体放入高温炉中，并在第一复合体下垫陶瓷片作为承烧板，然后开始升温，以2℃/min的升温速率由室温升温至100℃，接着以1℃/min的升温速率由100℃升温至300℃，保温时间为180min；然后以1.5℃/min的升温速率由300℃升温至烧成温度750℃，烧成时间为240min，使得第一复合体中的光敏树脂支架1充分燃烧气化；5)出炉：将步骤4)烧成后的产品随炉冷却至200℃以下取出，自然冷却至室温即得到高孔隙光敏树脂支架的盐模具5；6)注模：参照图2，将步骤5)得到的盐模具5用生物硅胶6包裹，再用金属夹具4固定盐模具5与生物硅胶6，在金属夹具4中加入高分子生物活性材料7，加热器9连接金属夹具4，将生物活性材料7加热至60℃以上呈熔化状态，在金属夹具4上端抽真空排出空气，下端由活塞8挤压熔化后的高分子生物材料7注入盐模具5中，待高分子生物材充满盐模具5内的孔隙后，取出盐模具5和高分子生物材料的第二复合体，冷却至室温，本实例使用的高分子生物材料7为聚己内酯PCL；7)脱模：将步骤6)得到的盐模具5和高分子生物材料7的第二复合体放入水中水洗，将可溶性盐模具5完全溶解后，即得到和光敏树脂支架1完全一致的高孔隙率生物支架，如图3所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：1)光固化成型：在计算机软件中设计高孔隙支架模型，以STL格式导出到光固化3D打印机上逐层打印光敏树脂支架；2)造粒：以可溶性性盐为基本原料，以研磨的方式将可溶性性盐的粒径磨至0.2‑100μm，得到可溶性盐颗粒；3)挤压成型：将步骤1)得到的光敏树脂支架放入固定容器中，用步骤2)得到的可溶性盐颗粒填充于光敏树脂支架周围直至将其全部包埋覆盖，然后向固定容器中渗入水，使可溶性盐颗粒表面溶解，同时使用振动仪振动固定容器并将可溶性盐颗粒挤压密实，抽真空排出可溶性盐颗粒间的空气，随后将盛放有光敏树脂支架和可溶性盐颗粒的固定容器放入干燥箱进行干燥处理，使得表面溶解后的可溶性盐颗粒粘接在一起后形成可溶性盐块，去除固定容器，得到可溶性盐块和光敏树脂支架的第一复合体；4)烧结：将步骤3)得到的第一复合体放入高温炉中，并在第一复合体下垫陶瓷片作为承烧板，然后升温，以1～5℃/min的升温速率由室温升温至100℃，接着以0.5～5℃/min的升温速率由100℃升温至250～400℃，保温时间为30～240min；然后以1～5℃/min的升温速率由300℃升温至烧成温度700℃～800℃，烧成时间为180～300min，使得第一复合体中的光敏树脂支架充分燃烧气化；5)出炉：将步骤4)烧成后的产品随炉冷却至200℃以下取出，自然冷却至室温即得到高孔隙光敏树脂支架的盐模具；6)注模：将步骤5)得到的盐模具用生物硅胶包裹，再用金属夹具固定盐模具与生物硅胶，在金属夹具中加入高分子生物材料，加热器连接至金属夹具，将高分子生物材料加热至熔化状态，在金属夹具上端抽真空排出空气，下端由活塞挤压熔化后的高分子生物材料注入盐模具中，待高分子生物材料充满盐模具内的孔隙后，取出盐模具和高分子生物材料的第二复合体，冷却至室温；7)脱模：将步骤6)得到的第二复合体放入水中水洗，将可溶性盐模具完全溶解后，即得到和光敏树脂支架完全一致的高孔隙率生物支架。...

【技术特征摘要】
1.一种基于盐模具的高孔隙化生物支架的间接3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：1)光固化成型：在计算机软件中设计高孔隙支架模型，以STL格式导出到光固化3D打印机上逐层打印光敏树脂支架；2)造粒：以可溶性性盐为基本原料，以研磨的方式将可溶性性盐的粒径磨至0.2-100μm，得到可溶性盐颗粒；3)挤压成型：将步骤1)得到的光敏树脂支架放入固定容器中，用步骤2)得到的可溶性盐颗粒填充于光敏树脂支架周围直至将其全部包埋覆盖，然后向固定容器中渗入水，使可溶性盐颗粒表面溶解，同时使用振动仪振动固定容器并将可溶性盐颗粒挤压密实，抽真空排出可溶性盐颗粒间的空气，随后将盛放有光敏树脂支架和可溶性盐颗粒的固定容器放入干燥箱进行干燥处理，使得表面溶解后的可溶性盐颗粒粘接在一起后形成可溶性盐块，去除固定容器，得到可溶性盐块和光敏树脂支架的第一复合体；4)烧结：将步骤3)得到的第一复合体放入高温炉中，并在第一复合体下垫陶瓷片作为承烧板，然后升温，以1～5℃/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺健康，仝站国，李涤尘，王丰平，蔡智豪，孟子捷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61