一種用于3d打印人造骨材料及其應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成：生物金屬粉末40~60份、非金屬粉末 30~40份、聚碳酸酯20~32份、聚維酮K30 5~8份、煙酸 0.5~0.7份、多巴胺 0.02~0.1份。本發(fā)明提供的人造骨材料不僅強(qiáng)度高，而且通過組分中的多巴胺、煙酸、聚維酮K30與其他材料的作用，使得多骨骼接合界面發(fā)生分解、吸收、析出等反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)與骨骼牢固結(jié)合，防止疲勞和磨損，并且本發(fā)明提供的材料在不加重單位材質(zhì)重量的情況下克服了現(xiàn)有材料中在容易接合活動(dòng)以及體內(nèi)酸性介質(zhì)的影響所導(dǎo)致材料的應(yīng)力下降的技術(shù)問題，大大提高了材料的應(yīng)力。
【專利說明】
一種用于3D打印人造骨材料及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及3D打印材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于3D打印人造骨材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系 統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐 層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機(jī)械加工方 式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平 面，通過對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模 式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力，直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便 可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
[0003] 隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來走向的關(guān)鍵因素 之一，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。
[0004] 目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材 料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也 在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0005] 隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，特別是在醫(yī)用領(lǐng)域。3D打印 的醫(yī)學(xué)應(yīng)用很多，主要是復(fù)雜的骨科和牙科手術(shù)。目前制約3D打印普及的主要因素是其 昂貴的打印材料和強(qiáng)度。在人造骨的接合部中，特別容易接合活動(dòng)以及體內(nèi)各種介質(zhì)和不 同溫度的影響，尤其是人造骨在人體內(nèi)的重量要與人體的骨力的單位重量相差水大的情況 下，所導(dǎo)致材料的應(yīng)力下降，從而導(dǎo)材料的疲勞和磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)脆斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于3D打印人造骨 材料及其應(yīng)用方法。
[0007] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種用于3D打印人造骨材料，所述材料 按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末40~60份 非金屬粉末 30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚維酮K30 5~8份 煙酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0008] 進(jìn)一步地，所述聚碳酸酯處于融熔態(tài)。
[0009] 上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后在真空 氬氣環(huán)境500-800°C下得到混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中 得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0010] 進(jìn)一步地，所述燒結(jié)工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環(huán)境下 500-800 °C 燒結(jié)。
[0011] 有益效果:本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，具備以下優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明提供的人造骨材料不僅強(qiáng)度高，而且通過組分中的多巴胺、煙酸、聚維酮K30與 其他材料的作用，使得多骨骼接合界面發(fā)生分解、吸收、析出等反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)與骨骼牢固結(jié) 合，防止疲勞和磨損，并且本發(fā)明提供的材料在不加重單位材質(zhì)重量的情況下克服了現(xiàn)有 材料中在容易接合活動(dòng)以及體內(nèi)酸性介質(zhì)的影響所導(dǎo)致材料的應(yīng)力下降的技術(shù)問題，大大 提尚了材料的應(yīng)力。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0013] 實(shí)施例1: 一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末60份 非金屬粉末 30份 聚碳酸酯 20份 聚維酮K30 5份 煙酸 0.5份 多巴胺 0.02份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0014] 上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到混 合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0015] 實(shí)施例2: 一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末40份 非金屬粉末 40份 聚碳酸酯 32份 聚維酮K30 8份 煙酸 0.7份 多巴胺 0.1份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0016] 上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到混 合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0017] 實(shí)施例3: 一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末50份 非金屬粉末 35份 聚碳酸酯 28份 聚維酮K30 7份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.08份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0018] 上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到混 合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0019] 實(shí)施例4: 一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末45份 非金屬粉末 35份 聚碳酸酯 25份 聚維酮K30 6份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.05份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0020] 上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到混 合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0021] 實(shí)施例5: 一種用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末55份 非金屬粉末 38份 聚碳酸酯 28份 聚維酮K30 7份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.07份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。
[0022]上述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到混 合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3)最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。
[0023] 上述實(shí)施例1~5中，通過模擬實(shí)驗(yàn)觀察，其材料與人體組織結(jié)構(gòu)結(jié)合良好，無其他 副作用，且通過霍爾傳感器法楊氏模量測(cè)量?jī)x測(cè)量其楊氏模量，其數(shù)據(jù)為下表：
本表中的對(duì)比例為市面上常用的普通的人造骨，從表中可看出，實(shí)施例1~5的楊氏模量 大大低于對(duì)比例，防疲勞和斷裂能力大大增加。
[0024] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于3D打印人造骨材料，其特征在于:所述材料按重量份計(jì)由如下組分組成： 生物金屬粉末40~60份 非金屬粉末 30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚維酮K30 5~8份 煙酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金屬粉末為Ti-6Al-4v;所述非金屬粉末為納米陶瓷粉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于3D打印人造骨材料，其特征在于：所述聚碳酸酯處于 融熔態(tài)。3. -種根據(jù)權(quán)利要求1~2所述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，其特征在于： 包括以下步驟： 1)按照重量份比取生物金屬粉末、非金屬粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后在真空 氬氣環(huán)境500-800°C下得到混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中 得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設(shè)備將配好的漿料打印并固化成三維結(jié)構(gòu)； 3) 最后進(jìn)行排膠處理除去有機(jī)成分，并通過電磁波進(jìn)行燒結(jié)，獲得所需成分的三維結(jié) 構(gòu)樣品。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于3D打印人造骨材料的應(yīng)用方法，其特征在于：所述燒 結(jié)工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環(huán)境下500-800°C燒結(jié)。
【文檔編號(hào)】A61L27/42GK105963788SQ201610439554
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】曾偉宏
【申請(qǐng)人】蕪湖啟澤信息技術(shù)有限公司