一种医用多孔钛合金植入体的制备方法技术

本发明专利技术公开一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。本发明专利技术所述生物材料为蜂窝状多孔钛合金，蜂窝单元结构边长为0.4

【技术实现步骤摘要】
一种医用多孔钛合金植入体的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，特别是一种利用选区激光熔化技术制备生物材料的方法，属于生物医用材料制备


技术介绍

[0002]目前在硬组织替换等医学领域方面应用最广的金属材料是钛及钛合金；但是致密Ti6Al4V的弹性模量(约105Gp)明显高于人骨弹性模量(1
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30GPa)，容易导致移植体与宿主骨之间因载荷传递不协调导致“应力屏蔽”现象，缺少机械刺激会导致骨组织萎缩和植入体松弛，最终导致植入体的松动和断裂。而多孔钛合金的孔隙结构可以极大的降低钛合金的弹性模量，并且其结构有利于骨组织的长入与细胞黏附。因此人们开始把制备钛合金多孔结构作为研究的重点。
[0003]制备多孔材料的方法较多，常见的有粉末烧结法、浆料发泡法、微波烧结法、纤维烧结法等。文献(李毓轩,崔振铎,杨贤金,朱胜利.多孔Ti
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Nb
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Zr合金的孔隙特征与力学性能[J].功能材料，2011，42(S1):92
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95.)通过粉末烧结的方法制备多孔钛合金探究了造孔剂对孔隙特征的影响，但是其在烧结过程中容易带入C、O等杂质，且孔的工艺参数需要经过较多的实验进行确定，过程复杂；浆料发泡法制备出的多孔钛合金孔隙率高，但是在制备工程中难以控制气泡的大小，导致内部缺陷较多，易产生裂纹。微波烧结法虽然能耗低，但是其无法制备精密、复杂的零件。同样纤维烧结法制备的多孔结构也存在尺寸限制较多，成本较高的缺点。
[0004]专利CN103805797A的专利技术公开了一种医用钛合金的制备方法，该方法通过裁片，层叠和真空扩散连接，易于实现连续性工业化生产的特点，但是该方法难以实现精准化控制结构的孔隙率，且制样单一，且对力学性能的改善并未提及。专利CN106756238B的专利技术使用真空烧结炉所制备的医用多孔钛合金虽然其合金的抗压强度与弹性模量贴合人骨，但是制备工艺复杂，且孔径与孔隙率无法准确控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对目前植入体存在的应力屏蔽问题，提供了一种多孔钛合金生物材料的制备方法；目前在于降低植入物的弹性模量，解决因为由于植入体弹性模量过高而产生的力学性能不匹配而导致植入失败问题。
[0006]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，所述医用多孔钛合金从顶部到底部为正六边形通孔，规则排列，单元结构边长为0.4
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0.7mm，壁厚为0.2
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0.3mm；孔隙大小可以任意调控；
[0007]所述制备方法具体包括以下步骤：
[0008](1)将三维建模软件设计的模型导出为STL格式文件，用切片软件将STL三维模型切片，拷出。
[0009](2)按步骤(1)所得的切片模型导入到选区激光熔化设备中，并将Ti6Al4V粉末放
置在设备粉盒中，封闭设备的腔室并开始抽气，然后充入高纯氩气，电子束在高纯氩气气氛下进行选择性熔化；待电子束在一层扫描结束后，进行铺粉；一层一层冶金成型直至结构成型，完成打印。
[0010](3)将步骤(2)所得的多孔结构在充满高纯氩气气氛下冷却至室温后去除，得到多孔钛合金试样。
[0011](4)将步骤(3)所得到的多孔结构放置在烧杯中，在烧杯中倒入酒精没过试件，然后放置在超声波清洗仪中经行清洗，然后更换酒精，反复5
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6次，将多余粉末完全去除，清洗完成后取出，即可得到医用多孔钛合金生物材料。
[0012]本专利技术所述生物材料是由Ti6Al4V粉末通过选区激光熔化制备而成，致密度在95％以上；本专利技术的Ti6Al4V粉末纯度为99.95％。
[0013]本专利技术的有益效果为：
[0014](1)本专利技术的多孔结构为六边形蜂窝通孔结构，蜂窝单元结构边长为0.4
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0.7mm，壁厚为0.2
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0.3mm；孔隙率在50
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80％左右；力学性能优异，满足人体植入物的孔径与孔隙率要求，并且结构可以针对特定的机械或者其他性能特征进行设计或者是定制。与其他多孔结构相比，其大表面积，低质量，规则的重复结构和开放的相互连接的孔隙空间具有许多优势，这使得增材制造的蜂窝结构成为了颠覆性的和改进的医用植入体的高度有效选择。
[0015](2)本专利技术的制备方法为选区激光熔化技术，通过高能激光束作用在粉末上形成熔池，然后快速冷却成型。相对于SPS烧结，选区激光融化技术其较小的激光光斑直径使其制备的零件具有更高的精度，制件不受形状限制，可成型任意复杂形状，对零件的孔径、壁厚、孔隙率有着更精确的把控，并且制备工艺简单，成型件晶粒细小，组织成分均匀，力学性能优异。
[0016](3)结构的大表面积增强了植入体吸附营养物质的能力，孔隙有利于组织液的传递与人体与植入体的离子交换，从而加快了骨细胞的黏附生长；极大地提高术后假体与骨组织的愈合效果。
[0017](4)在本专利技术制备工艺参数下的成型件致密度高(95％以上)、弹性模量低(12.1
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14.4GPa)、强度高(439.3
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591.8MPa)，完美的解决了由于人工植入体与人体骨弹性模量(1
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30GPa)不匹配造成的“应力屏蔽”现象。
[0018]本专利技术方法所制备的多孔钛合金，生物相容性与力学性能优异，可以有效解决应力屏蔽问题，延长植入体使用寿命，是一种较为理想的骨修复材料。
附图说明
[0019]图1本专利技术实施例1中多孔Ti6Al4V生物材料的三维实体建模示意图；
[0020]图2本专利技术实施例1中多孔Ti6Al4V生物材料的XRD衍射图谱；
[0021]图3本专利技术实施例1中多孔Ti6Al4V生物材料背散射电子形貌；
[0022]图4对应图2的EDS结果；
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0024]实施例1
[0025](1)将三维建模软件设计的模型导出为STL格式文件，用切片软件将STL三维模型切片，拷出；多孔钛合金的孔结构数据如表1～2所示。
[0026](2)按步骤(1)所得的切片模型导入到选区激光熔化设备中，并将Ti6Al4V粉末放置在设备粉盒中，封闭设备的腔室并开始抽气，然后充入高纯氩气，电子束在高纯氩气气氛下进行选择性熔化，设置激光功率参数为100W，扫描速度为1400mm/s，扫描间距为0.06mm，铺粉厚度为0.04mm；待电子束在一层扫描结束后，进行铺粉；一层一层冶金成型直至结构成型，完成打印。
[0027](3)将步骤(2)所得的多孔结构在充满高纯氩气气氛下冷却至室温后去除，得到多孔钛合金试样。
[0028](4)将步骤(3)所得到的多孔结构放置在烧杯中，在烧杯中倒入酒精没过试件，然后放置在超声波清洗仪中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，其特征在于所述医用多孔钛合金从顶部到底部为正六边形通孔，规则排列，单元结构边长为0.4
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0.7mm，壁厚为0.2
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0.3mm；孔隙大小可以任意调控；所述制备方法具体包括以下步骤：(1)将三维建模软件设计的模型导出为STL格式文件，用切片软件将STL三维模型切片，拷出；(2)按步骤(1)所得的切片模型导入到选区激光熔化设备中，并将Ti6Al4V粉末放置在设备粉盒中，封闭设备的腔室并开始抽气，然后充入高纯氩气，电子束在高纯氩气气氛下进行选择性熔化；待电子束在一层扫描结束后，进行铺粉；一层一层冶金成型直至结构成型，完成打印；(3)将步骤(2)所得的多孔结构在充满高纯氩气气氛下冷却至室温后去除，得到多孔钛合金试样；(4)将步骤(3)所得到的多孔结构放置在烧杯中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何正员，张磊，杨宇杰，李飞，黎振华，蒋业华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：