一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨技术

本发明专利技术公开了一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨，属于增材制造领域的金属3D打印领域，包括聚合物粘结剂的制备、金属浆料的制备、打印不同内部孔隙结构样品原型和样品热处理；与现有技术相比，本申请将聚合物粘结剂与金属粉末混合来制备金属浆料，所以方法简单，成本较低。由于不需要使用激光等设备，制造的支架样品线条内部没有残余的粉末，支柱表面光滑，支架内部孔隙的连通性好，可以达到较高的分辨率与打印精度。通过设计支架结构综合调节不同内部孔隙结构，可以同时调节渗透性能和机械性能，可以同时满足人体骨骼渗透性能和机械性能的需求，可以用来定制不同人群或人体不同部位的骨组织工程支架。群或人体不同部位的骨组织工程支架。群或人体不同部位的骨组织工程支架。

【技术实现步骤摘要】
一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨


[0001]本专利技术涉及增材制造领域的金属3D打印领域，具体涉及一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨。

技术介绍

[0002]作为一种增材制造方法，浆料直写(Direct ink writing，DIW)近年来在人工骨领域备受关注。将聚合物溶剂或颗粒混合，形成均匀性质的可流动的浆料，其粘度可保证在一定内径的喷头内挤出线条，又会在挤出后保持一定的形状，可以保证其成型能力。被挤出的线条按照切片软件设计好的路径进行移动在基板水平面内形成一定形状，随后基板下沉一层，进行第二层的打印，随后该过程不断重复，直至整个三维结构件被加工成型。理想的人工骨渗透性能和机械性能必须与宿主骨组织保持相似，才能与体内的宿主骨产生良好的生物反应，从而保证植入后的正常功能。然而无论金属人工骨的哪种加工方法，渗透性能与机械性能存在较大关联，随着孔隙率的增加，渗透性能呈线性增加趋势，而机械性能呈线性降低趋势。这使得渗透性能与机械性能两个特征同步调节，无法在保证人工骨渗透性能的前提下去降低支架的机械性能，难以突破线性规律，找到新的参数调节方式。因此，渗透性能与机械性能很难两者同时匹配人体骨组织。因此，提出一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法及多孔人工骨,通过调节孔隙结构来改变多孔人工骨的性能。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
>[0005]本申请第一方面提供一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，包括：
[0006]将聚乳酸PLA和二氯甲烷DCM按照1：(3～5)的质量比混合均匀得到聚合物粘结剂；将聚合物粘结剂与金属粉末按照1:(2～4)的质量比混合均匀得到浆料；
[0007]以浆料为原材料进行DIW打印得到样品；其中样品为圆柱型的层状结构，样品的每层均由呈线性均布的线条组成，相邻层的线条构成的网孔形状为凸多边形；将样品进行脱脂和烧结，冷却后即得多孔人工骨。
[0008]在一些实施例中，网孔的形状为三角形、矩形或棱形中的一种。
[0009]在一些实施例中，相邻层的网孔形状和大小相同；所述相邻层的网孔在n+2层相对于第n层发生偏移。
[0010]在一些实施例中，相邻层的网孔形状相同；网孔的尺寸自上而下进行缩小或放大。
[0011]在一些实施例中，样品的脱脂和烧结的气压环境为3Pa以下；
[0012]脱脂的温度为300℃，脱脂时间为30
‑
60min，从室温到300℃的加热速率为6
‑
10℃/min；
[0013]烧结温度为1200℃，烧结时间为90
‑
150min，脱脂后以6
‑
10℃/min的加热速率升温
到烧结温度。
[0014]在一些实施例中，DIW打印中的锥形喷嘴以0.3～0.6MPa的压力下挤出浆料；锥形喷头的内径为260微米。
[0015]在一些实施例中，金属粉末为Ti6Al4V粉末。
[0016]在一些实施例中，样品的每层的层高180～240微米，每层的打印速度为15mm/s。
[0017]在一些实施例中，样品的烧结后冷却时间为12～24小时。
[0018]本申请第二方面提供一种如第一方面任意一项制备方法制备的多孔人工骨。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术通过将聚合物粘结剂与金属粉末混合来制备金属浆料，所以方法简单，成本较低。并且由于采用喷嘴挤出均匀混合的金属浆料，构成支架的线条粗细均匀，排列整齐，可以达到较高的分辨率与打印精度。由于不需要使用激光等设备，制造的支架样品线条内部没有残余的粉末，支柱表面光滑，没有附着团聚颗粒和未完全熔化的颗粒，这确保了支架内部孔隙的连通性。样品原型整体同时被烧结成型，因而没有局部残余应力存在。人体骨组织的渗透性能和机械性能因区域不同而有所差别，而渗透性能和机械性能都和内部孔隙结构密切相关。通过设计支架结构综合调节不同内部孔隙结构，来同时达到满足人体骨骼渗透性能和机械性能的需求，可以用来定制不同人群或人体不同部位的骨组织工程支架。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0022]图1为本申请的不同结构支架样品的光学图；
[0023]图2为本申请的不同结构支架的上下表面的压降和渗透率值图；
[0024]图3为本申请的不同结构支架的弹性模量和屈服强度曲线图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0028]本申请实施例中的聚乳酸PLA均选自Nature works LLC的4032D；二氯甲烷DCM选自天津致远化学试剂有限公司
[0029]实施例1
[0030]包括下列步骤：
[0031](1)聚合物粘结剂的制备
[0032]将聚乳酸PLA以1：3的质量比溶解在二氯甲烷DCM中来制备聚合物粘结剂，将聚合物粘合剂放在室温下静置24小时，直至均质化后用于制备金属浆料。
[0033](2)金属浆料的制备
[0034]将制备好的聚合物粘结剂与Ti6Al4V粉末混合，聚合物粘结剂与金属粉末质量比1:2，将二者倒入球磨罐中进行球磨混合，在500r/min转速下混合20分钟；
[0035](3)基于DIW打印样品原型
[0036]将混合好的浆料转移到内径为260微米锥形喷嘴中，通过在0.3MPa的压力下挤出。打印的参数为：层高180微米，10mm/s的XY运动速度。将设计的支架不同结构导入切片软件，在由切片软件程序控制的三维运动平台的带动下逐层制造。将打印好的样品原型放在室温下12小时，确保二氯甲烷DCM完全挥发，得到原型件。
[0037](4)样品热处理
[0038]将原型件放入真空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，其特征在于，包括：将聚乳酸PLA和二氯甲烷DCM按照1：(3～5)的质量比混合均匀得到聚合物粘结剂；将聚合物粘结剂与金属粉末按照1:(2～4)的质量比混合均匀得到浆料；以浆料为原材料进行DIW打印得到样品；其中样品为圆柱型的层状结构，样品的每层均由呈线性均布的线条组成，相邻层的线条构成的网孔形状为凸多边形；将样品进行脱脂和烧结，冷却后即得多孔人工骨。2.根据权利要求1所述的孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，其特征在于，网孔的形状为三角形、矩形或棱形中的一种。3.根据权利要求2所述的孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，其特征在于，相邻层的网孔形状和大小相同；相邻层的网孔在n+2层相对于第n层发生偏移。4.根据权利要求2所述的孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，其特征在于，相邻层的网孔形状相同；网孔的尺寸自上而下进行缩小或放大。5.根据权利要求1所述的孔隙结构可调的多孔人工骨制备方法，其特征在于，样品的脱脂和烧结的气压环境为3Pa以下；脱脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超，张玉琳，张璐，刘庆萍，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：