一种胫骨骨支架及其3D打印方法技术

本发明专利技术涉及仿生材料加工技术领域，提供了一种胫骨骨支架的3D打印方法，通过控制3D打印过程中含有羟基磷灰石的物料和不含有羟基磷灰石的物料的混合比例，实现胫骨径向上的物质组成上的变化；通过采用曲线打印路径的方式，实现打印路径连续光滑，减少应力集中；通过限定每条曲线由多个直径相同的相切半圆组合而成，且径向方向，由外向内，构成每条曲线的圆的直径逐渐增大，从而使所述支架的孔隙大小沿径向方向也存在梯度增加的特点；通过限定每层中第N圈的波峰和相邻层中第N圈的波谷相对，使相邻两层具有互相支撑及缩小孔隙的作用；最终得到的胫骨骨支架具有径向材料浓度和孔隙结构呈现梯度变化的特点。呈现梯度变化的特点。呈现梯度变化的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种胫骨骨支架及其3D打印方法


[0001]本专利技术属于仿生材料加工
，具体涉及一种胫骨骨支架及其3D打印方法。

技术介绍

[0002]外伤、肿瘤和炎症常引起骨组织缺损，当缺损骨组织较小时，骨组织可以自愈；但当骨缺损达到一定程度，无法单纯依靠骨的自愈能力实现修复。利用骨修复材料对骨缺损部分进行填充，是目前常用的治疗方案。其中，胫骨骨支架，便是一种常见的骨修复材料，其常通过3D打印技术进行制备。所谓3D打印，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
[0003]虽然现有技术中通过3D打印技术，实现了胫骨骨支架的制备，但是，天然胫骨中的骨密度非均匀分布，具有梯度变化的孔隙结构；其由外至内孔隙率逐渐变大，外部区域多为皮质骨，其孔隙率较低，机械强度较高，内部区域多为松质骨，其孔隙率较高，机械强度较低。同时天然骨主要由羟基磷灰石和各种胶原蛋白复合构成，其中，在外层皮质骨中，羟基磷灰石等无机成分含量更高，从而维持较高的机械强度；在内部松质骨中，胶原蛋白等有机成分含量更高，从而维持血管的活化和营养物质的输送。然而，现有技术中常见的3D打印，多采用单一材料单一工艺，所制备的胫骨骨支架结构均匀，成分单一；同时打印多为“井”字格结构，所以制备的胫骨材料无法实现在径向上同时实现结构梯度变化和成分梯度连续变化。
[0004]因此，亟需提供一种与天然胫骨更为接近的胫骨骨支架的3D打印方法，从而得到一种具有径向材料浓度和孔隙结构梯度变化的胫骨骨支架。
专利
技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种胫骨骨支架的3D打印方法。利用本专利技术提供的3D打印方法，得到的胫骨骨支架具有径向材料浓度和孔隙结构呈现梯度变化的特点，与天然胫骨更为接近。
[0006]本专利技术提供了一种胫骨骨支架的3D打印方法，包括以下步骤：
[0007](1)将海藻酸钠、明胶和水混合，得到物料A；将海藻酸钠、明胶、羟基磷灰石和水混合，得到物料B；
[0008](2)根据目标胫骨结构，沿胫骨的轴向进行分层，以所述步骤(1)得到的物料A和物料B作为3D打印的原料，逐层进行3D打印，得到胫骨骨支架；
[0009]每层中3D打印的路径为：
[0010]由外向内依次打印第一圈、第二圈直至第N圈，得到一层；
[0011]所述第一圈、第二圈和第N圈独立地由多个相切的半圆组成；
[0012]所述第一圈、第二圈至第N圈中的半圆的直径依次增大；
[0013]同一圈中，所有半圆的直径相同；且同一圈中，相邻的两个半圆中一个半圆的弧口指向所在圈的圆心，另一个半圆的弧口背向所在圈的圆心，使每一圈都为波浪状；
[0014]相邻层中，其中一层的第N圈的波峰和另一层中第N圈的波谷相对，使相邻层的第N圈的半圆拼成一个完整的圆结构；
[0015]打印所述第一圈、第二圈直至第N圈的过程中，控制所述物料A和物料B的混合比例，使物料A所占比例逐渐增大，物料B所占比例逐渐减小。
[0016]优选地，所述步骤(1)中的海藻酸钠、明胶和水的混合温度为45～55℃。
[0017]优选地，所述步骤(1)中的海藻酸钠、明胶、羟基磷灰石和水混合的温度为55～65℃。
[0018]优选地，所述步骤(2)中的物料A和物料B的混合比例由微量泵进行控制。
[0019]本专利技术提供了上述方案所述的制备方法得到的胫骨骨支架。
[0020]本专利技术提供了一种胫骨骨支架的3D打印方法，包括以下步骤：(1)将海藻酸钠、明胶和水混合，得到物料A；将海藻酸钠、明胶、羟基磷灰石和水混合，得到物料B；(2)根据目标胫骨结构，沿胫骨的轴向进行分层，以所述步骤(1)得到的物料A和物料B作为3D打印的原料，逐层进行3D打印，得到胫骨骨支架；每层中3D打印的路径为：由外向内依次打印第一圈、第二圈直至第N圈，得到一层；所述第一圈、第二圈和第N圈独立地由多个相切的半圆组成；所述第一圈、第二圈至第N圈中的半圆的直径依次增大；同一圈中，所有半圆的直径相同；且同一圈中，相邻的两个半圆中一个半圆的弧口指向所在圈的圆心，另一个半圆的弧口背向所在圈的圆心，使每一圈都为波浪状；相邻层中，其中一层的第N圈的波峰和另一层中第N圈的波谷相对，使相邻层的第N圈的半圆拼成一个完整的圆结构；打印所述第一圈、第二圈直至第N圈的过程中，控制所述物料A和物料B的混合比例，使物料A所占比例逐渐增大，物料B所占比例逐渐减小。本专利技术通过控制3D打印过程中含有羟基磷灰石的物料和不含有羟基磷灰石的物料的混合比例，实现胫骨径向上的物质组成上的变化。通过采用曲线打印路径的方式，实现打印路径连续光滑，减少应力集中；通过限定每条曲线由多个直径相同的相切半圆组合而成，且径向方向，由外向内，构成每条曲线的圆的直径逐渐增大，从而使所述支架的孔隙大小沿径向方向也存在梯度增加的特点；通过限定相邻层中，其中一层的第N圈的波峰和另一层中第N圈的波谷相对，使相邻层的第N圈的半圆拼成一个完整的圆结构，具有互相支撑及缩小孔隙的作用。由此可见，利用本专利技术提供的3D打印方法，得到的胫骨骨支架具有径向材料浓度和孔隙结构呈现梯度变化的特点，与天然胫骨更为接近。
附图说明
[0021]图1为天然胫骨结构示意图；
[0022]图2为本专利技术提供的胫骨骨支架的多层结构和两层结构的模拟图；
[0023]图3为本专利技术提供的胫骨骨支架在轴向上的结构和成分示意图；
[0024]图4为本专利技术提供的胫骨骨支架的层结构上奇数层的打印路径图；
[0025]图5为本专利技术提供的胫骨骨支架的层结构上的偶数层的打印路径图；
[0026]图6为本专利技术提供的胫骨骨支架的3D打印的设备和流程图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种胫骨骨支架的3D打印方法，包括以下步骤：
[0028](1)将海藻酸钠、明胶和水混合，得到物料A；将海藻酸钠、明胶、羟基磷灰石和水混
合，得到物料B；
[0029](2)根据目标胫骨结构，沿胫骨的轴向进行分层，以所述步骤(1)得到的物料A和物料B作为3D打印的原料，逐层进行3D打印，得到胫骨骨支架；
[0030]每层中3D打印的路径为：
[0031]由外向内依次打印第一圈、第二圈直至第N圈，得到一层；
[0032]所述第一圈、第二圈和第N圈独立地由多个相切的半圆组成；
[0033]所述第一圈、第二圈至第N圈中的半圆的直径依次增大；
[0034]同一圈中，所有半圆的直径相同；且同一圈中，相邻的两个半圆中一个半圆的弧口指向所在圈的圆心，另一个半圆的弧口背向所在圈的圆心，使每一圈都为波浪状；
[0035]相邻层中，其中一层的第N圈的波峰和另一层中第N圈的波谷相对，使相邻层的第N圈的半圆拼成一个完整的圆结构；
[0036]打印所述第一圈、第二圈直至第N圈的过程中，控制所述物料A和物料B的混合比例，使物料A所占比例逐渐增大，物料B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胫骨骨支架的3D打印方法，包括以下步骤：(1)将海藻酸钠、明胶和水混合，得到物料A；将海藻酸钠、明胶、羟基磷灰石和水混合，得到物料B；(2)根据目标胫骨结构，沿胫骨的轴向进行分层，以所述步骤(1)得到的物料A和物料B作为3D打印的原料，逐层进行3D打印，得到胫骨骨支架；每层中3D打印的路径为：由外向内依次打印第一圈、第二圈直至第N圈，得到一层；所述第一圈、第二圈和第N圈独立地由多个相切的半圆组成；所述第一圈、第二圈至第N圈中的半圆的直径依次增大；同一圈中，所有半圆的直径相同；且同一圈中，相邻的两个半圆中一个半圆的弧口指向所在圈的圆心，另一个半圆的弧口背向所在圈的圆心，使每一圈都为波浪状；相邻层中，其中一层的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海光，汪瑞，胡庆夕，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：