3D打印设备及使用该设备制备医用多孔钽金属植入材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印设备，包括支架、工作台、升降机构、加热机构、3D打印单元和平面传动机构，所述工作台水平设置在所述支架上方，所述加热机构设置在所述工作台上，所述升降机构设置在所述支架内，并与所述工作台传动连接，所述升降机构驱动所述工作台上下移动，还包括回收槽，所述回收槽为内部中空且上端开口的长方体形，所述回收槽水平设置在所述支架的上端，且其底壁上开有供所述工作台穿过的缺口，所述平面传动机构设置在所述支架上方，并与设置在所述回收槽上方的所述3D打印单元传动连接，所述平面传动机构驱动3D打印单元在所述回收槽上方沿所述回收槽的长度方向或宽度方向移动，以通过所述3D打印单元在所述工作台内打印制样。

【技术实现步骤摘要】
3D打印设备及使用该设备制备医用多孔钽金属植入材料的方法
本专利技术涉及医用多孔金属材料及其制备方法领域。更具体地说，本专利技术涉及一种3D打印设备及使用该设备制备医用多孔钽金属植入材料的方法。
技术介绍
当前，随着人口老龄化加剧，骨组织损伤、股骨头组织坏死、髋关节受损等常见骨科疾病大幅增加，但是传统方法的治疗效果不佳，手术后恢复缓慢，手术造成的二次伤害也较大，且大部分植入物的手术效果具有一定时效性。达到一定使用年限后，有些病人还需要对植入物进行手术翻修，给病人增加了痛苦和经济负担。面对骨组织创伤和股骨组织坏死等治疗方案存在力学及骨诱导性能不佳的问题，随着多孔材料在体内的重要性被揭示后，这一问题得到较好的解决。经研究发现多孔材料的孔隙率和孔的大小是决定植入物成功与否的重要因素，增加孔隙率或减少“死腔”将有利于骨长入。一般认为空隙率大于60％，空隙直径大于150μm，将有利于骨的长入，当孔隙大小为200μm-400μm的最有利于新骨生长。同时，较大的空隙率可以减少植入材料的重量，并可使其在生物力学指标上与人体骨骼接近。但对材料的加工提出较高的要求。制备孔隙率大，孔隙形状规则均匀，孔隙联通率高的医用植入材料是研发的目标。目前常用的这类医学植入材料以多孔金属钛等为主。而高熔点金属钽，由于它具有更加优秀的生物相容性和力学性能，其多孔材料可以作为替代前述等传统医用金属生物材料，为病人提供更加优异的手术效果。医用多孔钽金属材料的制备方法主要有粉末松装烧结法、泡沫浸渍烧结法，浆料发泡法等，这些方法都需要提前制备好承载细小钽金属粉末颗粒攀附的模具支架。模具支架一旦生产就无法对孔隙率、弹性模量这些进行干预和调控。而且每个病人的病症和生理特征都是有着很大差异，提前预制好的模具支架，无法做到与病人的完美的匹配。不能高度匹配带来的直接后果就是让手术效果和病人康复效果大打折扣。而增材制造(3D打印)技术的出现，有效的改变了多孔金属钽的制作流程、工艺和产品质量，再也不需要提前预制好模具支架。这样不仅可以根据病人个体特征提供定制化的多孔医用金属钽，提升治疗的效果。还可以大幅降低生产成本，减轻病人和社会的整体负担。目前还有间接3D打印方法制作多孔钽金属的方法，是用粘接剂将钽金属粉末粘接成型，这种方法相对来说对材料的浪费较大，且精度不高。本专利技术所采用三维印刷(3DP)技术，直接喷射含有钽金属纳米颗粒的墨水，当打印完成后，打印平台会通过加热将多余的液体蒸发，只留下金属部分。并可以人为调整孔隙率和孔径，并增加了钽金属层的厚度，只需要再通过后续的高温烧结，从而使材料获得足够的机械强度，且完全具备了应用化学气相沉积的方法制备得到的多孔钽金属材料的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种3D打印设备及利用3D打印技术打印医用多孔钽金属植入材料的制备方法。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种3D打印设备，包括支架、工作台、升降机构、加热机构、3D打印单元和平面传动机构，所述工作台水平设置在所述支架上方，所述加热机构设置在所述工作台上，所述升降机构设置在所述支架内，并与所述工作台传动连接，所述升降机构驱动所述工作台上下移动，还包括回收槽，所述回收槽为内部中空且上端开口的长方体形，所述回收槽水平设置在所述支架的上端，且其底壁上开有供所述工作台穿过的缺口，所述平面传动机构设置在所述支架上方，并与设置在所述回收槽上方的所述3D打印单元传动连接，所述平面传动机构驱动3D打印单元在所述回收槽上方沿所述回收槽的长度方向或宽度方向移动，以通过所述3D打印单元在所述工作台内打印制样。优选的是，所述平面传动机构包括第一直线移动机构、第二直线移动机构、安装板、导轨和滑动组件，所述第一直线移动机构沿所述回收槽的长度方向设置在其一侧侧壁上，所述导轨与所述第一直线移动机构相对设置，并水平设置在所述回收槽的的另一侧侧壁上，所述安装板为条形板，其沿所述回收槽的宽度方向设置在所述回收槽的上方，其一端与所述第一直线移动机构传动连接，其另一端通过所述滑动组件可滑动的安装在所述导轨上；所述第二直线移动机构安装在所述安装板上，并与所述3D打印单元传动连接，所述第二直线移动机构驱动所述3D打印单元沿所述回收槽的宽度方向移动。优选的是，所述滑动组件包括连接件，所述连接件固定在所述安装板远离所述第一直线移动机构的一端，其靠近所述导轨的一侧沿所述安装板的长度方向水平设有两个偏心轴和与两个所述偏心轴分别对应的滚轮，所述滚轮分别可转动的套设在对应的所述偏心轴上，其中一个所述偏心轴位于所述导轨上方，且与其对应的所述滚轮的下部与所述导轨的上端面接触，另一个所述偏心轴位于所述导轨下方，且与其对应的所述滚轮的上部与所述导轨的下端面具有跳动间隙。优选的是，所述第一直线移动机构包括第一丝杠、第一滑座、安装座和第一电机，所述第一丝杠与所述导轨平行设置沿所述回收槽的长度方向设置，其两端分别通过与其转动配合的轴承座固定在所述安装座的上端面，所述第一滑座上设有与所述第一丝杠对应的螺纹通孔，所述第一滑座与所述第一丝杠螺纹连接，所述第一电机与所述第一丝杠传动连接，所述安装板远离所述导轨的一端与所述第一滑座连接固定，所述第一滑座下端与所述安装座接触。优选的是，所述第二直线移动机构包括第二丝杠、第二滑座和第二电机，所述第二丝杠沿所述安装板的长度方向水平设置沿所述回收槽的宽度方向设置，并与所述导轨垂直，其两端分别通过与其转动配合的轴承座固定在所述安装板的上端，所述安装板的上端面为水平面，所述第二滑座上设有与所述第二丝杠对应的螺纹通孔，所述第二滑座与所述第二丝杠螺纹连接，且其下端面与所述安装板的上端面接触，所述第二电机与所述第二丝杠传动连接，所述3D打印单元安装在所述第二滑座上。优选的是，所述3D打印单元包括支架和喷头，所述支架安装在所述第二滑座上，所述喷头安装在所述支架上。采用上述进一步方案的有益效果是：(1)本专利技术所述一种用于3D打印设备的平面传动机构采用丝杠传动，避免了皮带传动产生的振动和打滑导致的传动精度低的问题；且丝杠能驱动3D打印单元往复运动，传动精度高，重复定位精度高；(2)本专利技术所述滑动组件降低了所述安装板的加工精度和安装精度需求，取代了传统的法兰，消除了3D打印单元平面移动的卡顿，降低所述安装板沿所述导轨移动的阻力，使所述3D打印单元移动更平稳。优选的，一种基于上述的3D打印设备打印医用多孔钽金属植入材料的制备方法，其主要包括以下步骤：步骤一、制墨：配置25-42重量份的纳米金属钽粉、2-5重量份的聚氨酯改性环氧树脂、0.5-3重量份的二氧化硅、50-72.5重量份的超纯水，备用；步骤二、搅拌：在真空反应釜中预先加入超纯水后进行低速搅拌后，再依次加入步骤一中各原材料进行混合搅拌，得到含有金属钽的墨水，备用；步骤三、导入STL文件：提前将设计好的多孔钽立体三维模型的STL文件导入3D打印设备中，进行切片处理，得到当前需要打印的截面图形；步骤四、送墨：将步骤二中制得的含有金属钽的墨水送入3D打印设备中；步骤五、启动系统：启动3D打印设备，通过加热机构对3D打印设备的所述工作台基面进行预热；步骤六、利用3D打印系统进行多孔钽打印：3D打印设备的喷头根据截面图像在所述工作台基面进行扫描，并直接喷射含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印设备，包括支架(1)、工作台(2)、升降机构、加热机构、3D打印单元(4)和平面传动机构(5)，所述工作台(2)水平设置在所述支架(1)上方，所述加热机构设置在所述工作台(2)上，所述升降机构设置在所述支架内，并与所述工作台(2)传动连接，所述升降机构驱动所述工作台(2)上下移动，其特征在于，还包括回收槽(6)，所述回收槽(6)为内部中空且上端开口的长方体形，所述回收槽(6)水平设置在所述支架(1)的上端，且其底壁上开有供所述工作台(2)穿过的缺口，所述平面传动机构(5)设置在所述支架(1)上方，并与设置在所述回收槽(6)上方的所述3D打印单元(4)传动连接，所述平面传动机构(5)驱动3D打印单元(4)在所述回收槽(6)上方沿所述回收槽(6)的长度方向或宽度方向移动，以通过所述3D打印单元(4)在所述工作台(2)内打印制样。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备，包括支架(1)、工作台(2)、升降机构、加热机构、3D打印单元(4)和平面传动机构(5)，所述工作台(2)水平设置在所述支架(1)上方，所述加热机构设置在所述工作台(2)上，所述升降机构设置在所述支架内，并与所述工作台(2)传动连接，所述升降机构驱动所述工作台(2)上下移动，其特征在于，还包括回收槽(6)，所述回收槽(6)为内部中空且上端开口的长方体形，所述回收槽(6)水平设置在所述支架(1)的上端，且其底壁上开有供所述工作台(2)穿过的缺口，所述平面传动机构(5)设置在所述支架(1)上方，并与设置在所述回收槽(6)上方的所述3D打印单元(4)传动连接，所述平面传动机构(5)驱动3D打印单元(4)在所述回收槽(6)上方沿所述回收槽(6)的长度方向或宽度方向移动，以通过所述3D打印单元(4)在所述工作台(2)内打印制样。2.根据权利要求1所述的一种3D打印设备，其特征在于，所述平面传动机构(5)包括第一直线移动机构(51)、第二直线移动机构(52)、安装板(53)、导轨(54)和滑动组件(55)，所述第一直线移动机构(51)沿所述回收槽(6)的长度方向设置在其一侧侧壁上，所述导轨(54)与所述第一直线移动机构(51)相对设置，并水平设置在所述回收槽(6)的的另一侧侧壁上，所述安装板(53)为条形板，其沿所述回收槽(6)的宽度方向设置在所述回收槽(6)的上方，其一端与所述第一直线移动机构(51)传动连接，其另一端通过所述滑动组件(55)可滑动的安装在所述导轨(54)上；所述第二直线移动机构(2)安装在所述安装板(53)上，并与所述3D打印单元(4)传动连接，所述第二直线移动机构(52)驱动所述3D打印单元(4)沿所述回收槽(6)的宽度方向移动。3.根据权利要求2所述的一种3D打印设备，其特征在于，所述滑动组件(55)包括连接件(551)，所述连接件(551)固定在所述安装板(53)远离所述第一直线移动机构(51)的一端，其靠近所述导轨(54)的一侧沿所述安装板(53)的长度方向水平设有两个偏心轴(552)和与两个所述偏心轴分别对应的滚轮(553)，所述滚轮(553)分别可转动的套设在对应的所述偏心轴(552)上，其中一个所述偏心轴(552)位于所述导轨(54)上方，且与其对应的所述滚轮(553)的下部与所述导轨(54)的上端面接触，另一个所述偏心轴(552)位于所述导轨(54)下方，且与其对应的所述滚轮(553)的上部与所述导轨(54)的下端面具有跳动间隙。4.根据权利要求2所述的一种3D打印设备，其特征在于，所述第一直线移动机构(51)包括第一丝杠(511)、第一滑座(512)、安装座(513)和第一电机，所述第一丝杠(511)与所述导轨(54)平行设置沿所述回收槽(6)的长度方向设置，其两端分别通过与其转动配合的轴承座固定在所述安装座(513)的上端面，所述第一滑座(512)上设有与所述第一丝杠(511)对应的螺纹通孔，所述第一滑座(512)与所述第一丝杠(511)螺纹连接，所述第一电机与所述第一丝杠(511)传动连接，所述安装板(53)远离所述导轨(54)的一端与所述第一滑座(512)连接固定，所述第一滑座(512)下端与所述安装座(513)接触。5.根据权利要求2所述的一种3D打印设备，其特征在于，所述第二直线移动机构(52)包括第二丝杠(521)、第二滑座(522)和第二电机(523)，所述第二丝杠(521)沿所述安装板(53)的长度方向水平设置沿所述回收槽(6)的宽度方向设置，并与所述导轨(54)垂直，其两端分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军超，胡宁，鄢然，李彦法，杜江涛，
申请(专利权)人：武汉三迪创为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42