一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂及其制备方法与应用，所述粘结剂按质量分数计，包括：15％～25％的聚乙烯醇粉末、1％～10％的表面活性剂、1％～5％分散剂和65％～80％的水；其制备方法为：(1)首先将聚乙烯醇粉末和水均匀混合，得到聚乙烯醇分散液；(2)然后将表面活性剂和聚乙烯醇分散液均匀混合，得到混合溶液；(3)最后将分散剂和步骤(2)的混合溶液均匀混合；该粘结剂用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金获得高孔隙率的医用多孔钛基人工植入体，为骨细胞的长入，提供足够的空间，同时满足人体适宜的强度和弹性模量要求，以缓解孔隙率不足，弹性模量过大，使医用植入体产生应力屏蔽现象。象。象。

【技术实现步骤摘要】
一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种粘结剂，特别涉及一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]粘结剂喷射增材制造(BJAM)技术不同于传统的制造工艺，基于“离散
‑
堆积“的原理，根据零件三维模型切片的每层数据，通过喷墨打印头逐层向粉末床上喷射粘结剂，经过固化后将粉末粘结在一起形成零件初坯，然后经过脱脂和烧结处理，成形复杂零件。
[0003]多孔结构是一种由形成孔隙的棱边和壁面的固体杆或固体板所构成的相互联结的网络体。多孔结构作为一种特殊结构和功能材料，在过滤和分离、能量吸收、热交换、电磁屏蔽、人工植入体等方面有着独特的优势，已广泛应用于航空航天、汽车、化工、生物医疗等领域。
[0004]钛合金拥有优良的力学性能，耐腐蚀性好，低比重，生物相容性好，适用于生物医学植入体。
[0005]目前关于在钛基合金人工植入体方面的研究，通过传统工艺生产的致密钛合金人工植入体，不仅很难获得一些复杂的骨骼组织结构，而且其弹性模量较大，很难满足人体骨骼的要求，会产生应力屏蔽现象，影响植入体与人体的结合。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本发的第一目的为提供一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂改善钛基合金的强度和弹性模量，满足人体适宜的强度和弹性模量要求；本专利技术的第二目的是提供所述粘结剂的制备方法；本专利技术的第三目的是提供所述粘结剂的应用。<br/>[0007]技术方案：本专利技术所述的用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂，按质量分数计，包括：15％～25％的聚乙烯醇(PVA)粉末、1％～10％的表面活性剂、1％～5％分散剂和65％～80％的水。
[0008]优选的，所述聚乙烯醇粉末的平均粒径为30～60μm。
[0009]优选的，所述表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸锂中的一种或多种。
[0010]优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵和三聚磷酸铵中的一种或多种。
[0011]本专利技术所述的粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)首先将聚乙烯醇粉末和水均匀混合，得到聚乙烯醇分散液；
[0013](2)然后将表面活性剂和聚乙烯醇分散液均匀混合，得到混合溶液；
[0014](3)最后将分散剂和步骤(2)的混合溶液均匀混合，得到所述粘结剂。
[0015]本专利技术所述的粘结剂在粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金中的应用。
[0016]所述应用方法为：将所述粘结剂加入到粘结剂喷射增材制造设备中，对钛合金粉
末进行打印，层厚设置为0.15mm～0.20mm，打印完成后，在烘箱中加热至90～95℃并保持2h进行固化，之后在真空下进行脱脂和烧结处理，得到医用多孔钛基合金人工植入体。
[0017]优选的，所述的钛合金粉末为Ti
‑
6Al
‑
4V，颗粒为球形，平均粒径为75～90μm。
[0018]优选的，所述的脱脂温度为400～420℃，脱脂时间为3～4h。
[0019]优选的，所述的烧结温度为1180～1200℃，烧结时间为2～3h。
[0020]专利技术机理：通过粘结剂将钛合金粉末粘结在一起，然后在固化、脱脂和烧结处理之后，粘结剂挥发，获得具有较高孔隙率的多孔钛基合金，改善了钛基合金的强度和弹性模量。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)该粘结剂用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金获得高孔隙率的医用多孔钛基人工植入体，为骨细胞的长入，提供足够的空间，同时满足人体适宜的强度和弹性模量要求，以缓解孔隙率不足，弹性模量过大，使医用植入体产生应力屏蔽现象；(2)通过粘结剂喷射增材制造，可以获得结构复杂的医用多孔钛基人工植入体，满足人体不同部位植入体形状各异的要求，同时产品生产周期短；(3)该粘结剂组成成分获取途径广泛，价格低廉，水作为其主要组成部分，绿色环保，无污染。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的流程示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]本专利技术的用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂，按质量百分比计，包括：15％PVA粉末、4％表面活性剂、1％分散剂和80％纯水溶剂；其中，所述PVA粉末的平均粒径为50μm。；所述表面活性剂选自硬脂酸，密度为0.84g/ml；所述分散剂选自聚丙烯酸铵，密度为1.196g/ml。
[0026]所述粘结剂的制备方法包括以下步骤：
[0027](1)首先将质量占比15％PVA粉末和80％纯水在20℃下均匀混合，得到PVA分散液；
[0028](2)然后将质量占比4.5％表面活性剂和PVA分散液在20℃下均匀混合，得到混合溶液；其中所述表面活性剂为硬脂酸；
[0029](3)最后将质量占比0.5％分散剂和混合溶液在20℃下均匀混合，得到所述粘结剂溶液；其中所述分散剂为聚丙烯酸铵。
[0030]应用：
[0031]将上述制备的粘结剂加入到粘结剂喷射增材制造设备中，对钛合金粉末进行打印，层厚设置为0.15mm，打印完成后，在烘箱中加热至90℃并保持2h进行固化，之后在真空下进行脱脂和烧结处理，脱脂和烧结温度分别为400℃和1180℃，脱脂和烧结时间分别为4h和3h，以获得1#医用多孔钛基合金人工植入体。其中所述的钛合金粉末为Ti
‑
6Al
‑
4V，颗粒为球形，平均粒径为80μm。
[0032]实施例2
[0033]本专利技术的用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂，按质量百分比计，包括：20％PVA粉末、10％表面活性剂、2％分散剂和68％纯水溶剂；其中，所述PVA粉末的平均粒径为30μm；所述表面活性剂选自硬脂酸锌，密度为1.1g/ml；所述分散剂选自柠檬酸铵，密度为1.48g/ml。
[0034]所述粘结剂的制备方法包括以下步骤：
[0035](1)首先将质量占比20％PVA粉末和68％纯水在25℃下均匀混合，得到PVA分散液；
[0036](2)然后将质量占比10％表面活性剂和PVA分散液在25℃下均匀混合，得到混合溶液；其中所述表面活性剂为硬脂酸锌；
[0037](3)最后将质量占比2％分散剂和混合溶液在25℃下均匀混合，得到所述粘结剂溶液；其中所述分散剂为柠檬酸铵。
[0038]应用：
[0039]将上述制备的粘结剂加入到粘结剂喷射增材制造设备中，对钛合金粉末进行打印，层厚设置为0.20mm，打印完成后，在烘箱中加热至95℃并保持2h进行固化，之后在真空下进行脱脂和烧结处理，脱脂和烧结温度分别为410℃和1190℃，脱脂和烧结时间分别为3h和2h，以获得2#医用多孔钛基合金人工植入体。其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于粘结剂喷射增材制造医用多孔钛基合金的粘结剂，其特征在于，按质量分数计，包括：15％～25％的聚乙烯醇粉末、1％～10％的表面活性剂、1％～5％分散剂和65％～80％的水。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述聚乙烯醇粉末的平均粒径为30～60μm。3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸锂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵和三聚磷酸铵中的一种或多种。5.一种权利要求1～4任一所述的粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先将聚乙烯醇粉末和水均匀混合，得到聚乙烯醇分散液；(2)然后将表面活性剂和聚乙烯醇分散液均匀混合，得到混合溶液；(3)最后将分散剂和步骤(2)的混合溶液均匀混合，得到所述粘结剂。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：关杰仁，周子杰，陈超，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：