CN105963788A - 一种用于3d打印人造骨材料及其应用方法 - Google Patents

一种用于3d打印人造骨材料及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：生物金属粉末40~60份、非金属粉末 30~40份、聚碳酸酯20~32份、聚维酮K30 5~8份、烟酸 0.5~0.7份、多巴胺 0.02~0.1份。本发明提供的人造骨材料不仅强度高，而且通过组分中的多巴胺、烟酸、聚维酮K30与其他材料的作用，使得多骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，能实现与骨骼牢固结合，防止疲劳和磨损，并且本发明提供的材料在不加重单位材质重量的情况下克服了现有材料中在容易接合活动以及体内酸性介质的影响所导致材料的应力下降的技术问题，大大提高了材料的应力。

Description

一种用于3D打印人造骨材料及其应用方法
技术领域
本发明涉及3D打印材料领域，具体涉及一种用于3D打印人造骨材料。
背景技术
3D 打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D 打印将三维实体变为若干个二维平面， 通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生 成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。
随着3D打印技术的发展和应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。
目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。
随着 3D 打印技术的发展，其应用范围越来越广泛，特别是在医用领域。3D 打印的医学应用很多，主要是复杂的骨科和牙科手术。目前制约 3D 打印普及的主要因素是其昂贵的打印材料和强度。在人造骨的接合部中，特别容易接合活动以及体内各种介质和不同温度的影响，尤其是人造骨在人体内的重量要与人体的骨力的单位重量相差水大的情况下，所导致材料的应力下降，从而导材料的疲劳和磨损，甚至会出现脆断。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于3D打印人造骨材料及其应用方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 40~60份
非金属粉末 30~40份
聚碳酸酯 20~32份
聚维酮K30 5~8份
烟酸 0.5~0.7份
多巴胺 0.02~0.1份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
进一步地，所述聚碳酸酯处于融熔态。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后在真空氩气环境500-800℃下得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
进一步地，所述烧结工艺包括空气气氛、氧化气氛、还原气氛或者真空环境下500-800℃烧结。
有益效果：本发明相对于现有技术而言，具备以下优点：
本发明提供的人造骨材料不仅强度高，而且通过组分中的多巴胺、烟酸、聚维酮K30与其他材料的作用，使得多骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，能实现与骨骼牢固结合，防止疲劳和磨损，并且本发明提供的材料在不加重单位材质重量的情况下克服了现有材料中在容易接合活动以及体内酸性介质的影响所导致材料的应力下降的技术问题，大大提高了材料的应力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 60份
非金属粉末 30份
聚碳酸酯 20份
聚维酮K30 5份
烟酸 0.5份
多巴胺 0.02份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
实施例2：
一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 40份
非金属粉末 40份
聚碳酸酯 32份
聚维酮K30 8份
烟酸 0.7份
多巴胺 0.1份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
实施例3：
一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 50份
非金属粉末 35份
聚碳酸酯 28份
聚维酮K30 7份
烟酸 0.6份
多巴胺 0.08份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
实施例4：
一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 45份
非金属粉末 35份
聚碳酸酯 25份
聚维酮K30 6份
烟酸 0.6份
多巴胺 0.05份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
实施例5：
一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 55份
非金属粉末 38份
聚碳酸酯 28份
聚维酮K30 7份
烟酸 0.6份
多巴胺 0.07份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
上述实施例1~5中，通过模拟实验观察，其材料与人体组织结构结合良好，无其他副作用，且通过霍尔传感器法杨氏模量测量仪测量其杨氏模量，其数据为下表：
本表中的对比例为市面上常用的普通的人造骨，从表中可看出，实施例1~5的杨氏模量大大低于对比例，防疲劳和断裂能力大大增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于3D打印人造骨材料，其特征在于：所述材料按重量份计由如下组分组成：
生物金属粉末 40~60份
非金属粉末 30~40份
聚碳酸酯 20~32份
聚维酮K30 5~8份
烟酸 0.5~0.7份
多巴胺 0.02~0.1份
所述生物金属粉末为Ti-6Al-4v；所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
2.根据权利要求 1 所述的用于3D打印人造骨材料，其特征在于 ：所述聚碳酸酯处于融熔态。
3.一种根据权利要求 1~2所述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，其特征在 于 ：包括以下步骤 ：
1）按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后在真空氩气环境500-800℃下得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料 ；
2）利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构 ；
3）最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结构样品。
4.根据权利要求 3 所述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，其特征在于 ：所述烧结工艺包括空气气氛、氧化气氛、还原气氛或者真空环境下 500-800℃烧结。
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