一种3D打印梯度多孔结构种植体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印梯度多孔结构种植体及其制备方法，该方法制备的种植体孔隙率沿径向增大，呈梯度变化，梯度多孔结构的外部孔隙率较大，弹性模量较小，其与人体骨组织弹性模量相当，可有效避免应力屏蔽造成的种植体失效及与周围组织产生的炎症，且有利于骨组织细胞向内生长繁殖；梯度多孔结构的内部孔隙率较小，弹性模量较大，具有较高的强度，使种植体在负载的情况下更加稳定可靠，通过“外疏内密”的设计结构可平衡弹性模量

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印梯度多孔结构种植体及其制备方法


[0001]本专利技术属于牙根种植体结构领域，具体涉及一种3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法多孔结构种植体。

技术介绍

[0002]由于金属钛具有比重小、比强度高、弹性模量较低、耐腐蚀以及较好的生物相容性等特点，被广泛作为生物医用材料使用在牙科种植领域。目前的牙科种植体多为实心钛，虽然钛的弹性模量相较于其他金属材料较低，但对于生物骨来说其弹性模量仍很高，植入骨组织中后，由于钛和生物骨的弹性模量相差较大，容易产生应力屏蔽和应力集中，造成骨组织废用性吸收，最终导致植入的失败，增加牙科病人的痛苦。为解决金属钛与生物骨弹性模量不匹配的问题，有部分学者提出制造多孔钛种植体来减小整体结构的弹性模量，不失为是一种很好的解决方法。
[0003]多孔钛结构材料的弹性模量与天然骨接近，具有良好的骨传导性，可引导骨组织长入多孔内以达到生物固定，促进骨结合，保证种植体植入后的长期稳定。尽管单一的多孔结构能够大大降低结构的弹性模量，但同时使得种植体的强度下降，在载荷的作用下，容易使种植体发生断裂。
[0004]因此，如何克服现有技术的缺点，提供一种能够兼顾低弹性模量和高强度的多孔结构种植体的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种能够兼顾低弹性模量和高强度的多孔结构种植体的制备方法，该方法制备的种植体孔隙率沿径向增大，呈梯度变化，梯度多孔结构的外部孔隙率较大，弹性模量较小，其与人体骨组织弹性模量相当，可有效避免应力屏蔽造成的种植体失效及与周围组织产生的炎症，且有利于骨组织细胞向内生长繁殖；梯度多孔结构的内部孔隙率较小，弹性模量较大，具有较高的强度，使种植体在负载的情况下更加稳定可靠，通过“外疏内密”的设计结构可平衡弹性模量
‑
强度之间的关联。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1，构建种植体的整体三维模型，具体包括：
[0008]S1
‑
1，利用三维建模软件构建，参照ITI种植系统参数，设计基本单元扇体，所述基本单元扇体具有孔隙率沿径向增大的梯度多孔结构；
[0009]S1
‑
2，将所述基本单元扇体沿周向进行排列、组合，得到单层多孔圆柱体结构；
[0010]S1
‑
3，对所述单层多孔圆柱体结构沿轴向进行拓扑处理，按一定方式进行堆砌，得到多层多孔圆柱体结构；
[0011]S1
‑
4，根据ITI种植系统参数，在所述多层多孔圆柱体结构的顶部构建种植体的颈部结构和基台结构，得到种植体的整体三维模型；
[0012]S2，根据所述整体三维模型打印种植体，具体包括：将所述种植体的整体三维模型导入3D打印设备中；使所述3D打印设备根据所述种植体的整体三维模型逐层打印，直到种植体打印完成。
[0013]本专利技术第二方面提供了采用上述方法制备的一种3D打印梯度多孔结构种植体。
[0014]本专利技术的有益效果有：
[0015]1、本专利技术提供的3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法，该方法制备的种植体孔隙率沿径向增大(呈梯度变化)，梯度多孔结构的外部孔隙率较大，弹性模量较小，其与人体骨组织弹性模量相当，可有效避免应力屏蔽造成的种植体失效及与周围组织产生的炎症，且有利于骨组织细胞向内生长繁殖；梯度多孔结构的内部孔隙率较小，弹性模量较大，具有较高的强度，使种植体在负载的情况下更加稳定可靠，通过“外疏内密”的设计结构可平衡弹性模量
‑
强度之间的关联。
[0016]2、由于种植体的多孔结构呈梯度分布，内外层连接过渡平缓，梯度多孔结构种植体在负载情况下应力分布较为均匀，能够有效避免种植体在负载的情况下应力集中的形成。
[0017]3、梯度多孔结构种植体中多层多孔圆柱体结构的孔隙率可通过调整孔壁宽度和扇体角度进行控制，有利于完成个性化种植体设计的实施。
[0018]4、本专利技术方法能够精确地控制多孔的形态结构、孔隙率及分布方式，从长远角度来看，有利于种植体的长期稳定，本专利技术的3D打印技术在制备多孔结构材料中具有巨大的优势。而现有技术中，多孔钛种植体的制备方法一般为粉末烧结、固态发泡、添加造孔剂等传统制作方法，不能达到上述效果。
附图说明
[0019]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0020]图1为基本单元扇体的结构示意图；
[0021]图2为基本单元扇体的结构侧视图；
[0022]图3为单层多孔圆柱体结构的结构示意图；
[0023]图4为单层多孔圆柱体结构经线性排列方式排列的多层多孔圆柱体结构的结构示意图；
[0024]图5为单层多孔圆柱体结构经螺旋排列方式排列的多层多孔圆柱体结构的结构示意图；
[0025]图6为梯度多孔结构种植体的结构示意图；
[0026]图7为梯度多孔结构种植体弹性模量随孔隙率变化的关系图；
[0027]图8为梯度多孔结构种植体在ANSYS静力学模拟下随孔隙率变化的应力云图及最大等效应力与屈服强度关系。
[0028]附图标记说明：
[0029]R为基本单元扇体角度；d1为孔径高度；d2为孔径宽度；d3为支柱宽度；d4为孔壁宽度；100为基本单元扇体，200为单层多孔圆柱体结构，300为单层多孔圆柱体结构经线性排
列方式堆砌的多层多孔圆柱体结构，400为单层多孔圆柱体结构经螺旋排列方式堆砌的多层多孔圆柱体结构，500为梯度多孔结构种植体，501为梯度多孔结构种植体的颈部结构，502为梯度多孔结构种植体的基台结构。
具体实施方式
[0030]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0031]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0032]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0033]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，构建种植体的整体三维模型，具体包括：S1
‑
1，利用三维建模软件构建，参照ITI种植系统参数，设计基本单元扇体，所述基本单元扇体具有孔隙率沿径向增大的梯度多孔结构；S1
‑
2，将所述基本单元扇体沿周向进行排列、组合，得到单层多孔圆柱体结构；S1
‑
3，对所述单层多孔圆柱体结构沿轴向进行拓扑处理，按一定方式进行堆砌，得到多层多孔圆柱体结构；S1
‑
4，根据ITI种植系统参数，在所述多层多孔圆柱体结构的顶部构建种植体的颈部结构和基台结构，得到种植体的整体三维模型；S2，根据所述整体三维模型打印种植体，具体包括：将所述种植体的整体三维模型导入3D打印设备中；使所述3D打印设备根据所述种植体的整体三维模型逐层打印，直到种植体打印完成。2.根据权利要求1所述的3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法，其特征在于，所述基本单元扇体包括一定大小的扇体角度、支柱宽度、孔壁宽度、孔径宽度和孔径高度；扇体角度为20
°
～30
°
，支柱宽度为0.1～0.3mm，孔壁宽度为0.1～0.3mm，孔径宽度为0.5～0.8mm，孔径高度为0.4～0.8mm。3.根据权利要求2所述的3D打印梯度多孔结构种植体的制备方法，其特征在于，基本单元扇体的半径为1.5～2.5mm，厚度为0.5～1.5mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：路新，刘博文，路劲超，徐伟，张策，潘宇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：