CN109332698B - 一种口腔种植体的3d打印方法及口腔种植体 - Google Patents

一种口腔种植体的3d打印方法及口腔种植体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种口腔种植体的3D打印方法，将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成TTNZ合金口腔种植体，其中，TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：Ti>84％、Ta 10％～10.9％、Nb 1.45％～1.85％、Zr 1.35％～1.85％。本发明提供的口腔种植体的3D打印方法，以新型的TTNZ合金粉末为原材料，并采用激光选区熔化增材制造工艺，使得制作出的口腔种植体具有良好的生物安全性、骨结合性、力学性能。本发明还提供一种口腔种植体，由本发明所提供的TTNZ粉末和方法制成，具有良好的生物安全性、骨结合性能和力学性能。

Description

一种口腔种植体的3D打印方法及口腔种植体
技术领域
本发明涉及医用植入材料技术领域，更具体地说，特别涉及一种口腔种植体的3D打印方法及口腔种植体。
背景技术
目前口腔种植体的制作中主要使用钛合金为制作原料，钛合金通常被分为α钛合金、β钛合金、α+β钛合金三类。α钛合金具有良好的抗腐蚀性，但强度较低。α+β钛合金的典型代表Ti-6Al-4V虽然强度较高、易加工，为目前口腔种植体的主要用材，但是用其制作的口腔种植体存在弹性模量相对颌骨偏高，力学性能不佳，并且含有细胞毒性元素V和Al，可诱发贫血，癌症等疾病的问题，在一定程度上限制了它的临床应用。
因此提供一种适用于临床应用的具有良好的力学性能和生物安全性的口腔种植体是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种口腔种植体的3D打印方法，能制作具有良好的力学性能和生物安全性的口腔种植体。本发明还提供一种口腔种植体，具有良好的力学性能和生物安全性。
一种口腔种植体的3D打印方法，将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体；
其中，所述TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：Ti>84%、Ta10%~10.9%、Nb1.45%~1.85%、Zr1.35%~1.85% 。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体的步骤包括以下操作：
建立口腔种植体三维模型；
对所述口腔种植体三维模型进行切片处理，规划扫描路径；
在基板上铺设一层所述TTNZ合金粉末，按照切片形状及扫描路径对所述TTNZ合金粉末进行快速熔化，逐层熔化叠加，直至得到所述口腔种植体。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，所述口腔种植体三维模型上设计有多个孔。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，所述激光选区熔化工艺参数为：扫描实体的激光功率320-370W，扫描轮廓的激光功率150-200W，扫描支撑的激光功率320-370W，光斑直径70μm，实体扫描速度2200-2700mm/s，轮廓扫描速度400-500mm/s，支撑扫描速度2200-2700mm/s，扫描间距为0.06-0.08mm。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，成型腔室内使用惰性气体保护，控制所述成型腔室内氧含量低于100ppm且压力维持在10-40mbar范围内。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，所述切片的厚度为20-30μm。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，所述TTNZ合金粉末的粒径范围为15-53μm，其中d10为20±3μm，d50为30±3μm，d90为50±3μm。
上述口腔种植体的3D打印方法，优选的，每层铺设的所述TTNZ合金粉末的厚度为20-30μm。
一种口腔种植体，由TTNZ合金粉末制备得到；其中，所述TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：
Ti>84%、Ta10%~10.9%、Nb1.45%~1.85%、Zr1.35%~1.85% 。
上述的口腔种植体，优选的，由TTNZ合金粉末并采用如上所述的口腔种植体的3D打印方法制备得到。
本发明提供的口腔种植体的3D打印方法，以新型的TTNZ合金粉末为原材料，采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体，该材料健康无毒，所制成的口腔种植体具有良好的生物安全性，同时该材料具有较高的表面粗糙度和亲水性，更有利于骨细胞的黏附和增值，所制成的口腔种植体具有良好的骨结合性能，使用本材料制作的口腔种植体的弯曲强度和压缩强度较高，弹性模量低，具有优良的力学性能。本发明还提供一种口腔种植体，由本发明所提供的TTNZ粉末制成，具有良好的生物安全性、骨结合性能和力学性能，非常适用于临床需求。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本实施例提供一种口腔种植体的3D打印方法，将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成TTNZ合金口腔种植体。
其中，所述TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：
Ti>84%、Ta10%~10.9%、Nb1.45%~1.85%、Zr1.35%~1.85% 。
本实施例提供的口腔种植体的3D打印方法，以新型的TTNZ合金粉末为原材料，采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体，该材料健康无毒，所制成的口腔种植体具有良好的生物安全性，同时该材料具有较高的表面粗糙度和亲水性，更有利于骨细胞的黏附和增殖，所制成的口腔种植体具有良好的骨结合性能，使用本材料制作的口腔种植体的弯曲强度和压缩强度较高，弹性模量低，具有优良的力学性能。
本实施例所提供的将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成TTNZ合金口腔种植体的步骤包括以下操作：
S10、建立口腔种植体三维模型；
S20、对口腔种植体三维模型进行切片处理，规划扫描路径。
其中，切片的厚度优选为20-30μm，扫描路径优选采用九宫格方式分区扫描，区域大小为2×2mm，扫描不同层时扫描方向偏转一定角度，偏转角设定为37°。
S30、在基板上铺设一层TTNZ合金粉末，按照切片形状及扫描路径对TTNZ合金粉末进行快速熔化，逐层熔化叠加，直至得到TTNZ合金口腔种植体。
具体的，九宫格方式扫描是将路径规划过程中的二维平面图形，划分成2×2mm的方格，然后再跳动地扫描方格，最终完成整个平面的打印。
其中，激光选区熔化增材制造工艺参数优选设置为：扫描实体的激光功率320-370W，扫描轮廓的激光功率150-200W，扫描支撑的激光功率320-370W，光斑直径70μm，实体扫描速度2200-2700mm/s，轮廓扫描速度400-500mm/s，支撑扫描速度2200-2700mm/s，扫描间距为0.06-0.08mm。成型腔室内使用惰性气体保护，控制所述成型腔室内氧含量低于100ppm且压力维持在10-40mbar范围内。
本实施例所提供的口腔种植体的3D打印方法，优选的，在口腔种植体三维模型上设计有多个孔，并编辑所述孔的形状和大小，其中所述孔的形状可以为球状或金刚石结构，当然，还可以是其他结构。这样制得得口腔种植体形状大小规则一致，组织均匀、无气孔、裂纹及未熔颗粒，有利于骨组织细胞长入，具有优良的骨结合性能和力学性能。
作为本实施例的优选方案，TTNZ合金粉末的粒径范围为15-53μm，其中d10为20±3μm，d50为30±3μm，d90为50±3μm。打印时，每层铺设的TTNZ合金粉末的厚度为20-30μm。为了满足激光选区熔化铺粉要求，制备的TTNZ合金粉末流动性≤25s/50g。
以下给出优选的实施例。
实施例1
建立口腔种植体三维模型，对种植体三维模型进行切片处理，切片厚度 30μm。切片完成后，规划种植体的扫描路径，采用九宫格方式分区扫描，区域大小 2×2mm，扫描不同层时扫描方向偏转一定角度，偏转角设定为37°。
激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至 80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于 100ppm 且压力维持在30mbar 为止。
设定激光选区熔化工艺参数，扫描实体的激光功率350W，扫描轮廓的激光功率200W，扫描支撑的激光功率350W，光斑直径70μm，实体扫描速度2500mm/s，轮廓扫描速度450mm/s，支撑扫描速度2500mm/s，扫描间距 0.07mm，设定完成后启动打印。
打印时，通过预热功能将基板进行预热，预热温度为100℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为30μm的新型TTNZ合金粉末，供粉量设置为铺粉厚度的2倍。激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放2h后连基板一起取出成品。
实施例2
建立口腔种植体三维模型，对种植体三维模型进行切片处理，切片厚度 20μm。切片完成后，规划种植体的扫描路径，采用九宫格方式分区扫描，区域大小2×2mm，扫描不同层时扫描方向偏转一定角度，偏转角设定为37°。
激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于100ppm且压力维持在30mbar为止。
设定激光选区熔化工艺参数，扫描实体的激光功率320W，扫描轮廓的激光功率150W，扫描支撑的激光功率320W，光斑直径70μm，实体扫描速度2200mm/s，轮廓扫描速度400mm/s，支撑扫描速度 2200mm/s，扫描间距 0.06mm，设定完成后启动打印。
打印时，通过预热功能将基板进行预热，预热温度为80℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为20μm 的新型 TTNZ合金粉末，供粉量设置为铺粉厚度的1.5倍。激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放3h 后连基板一起取出成品。
实施例3
建立口腔种植体三维模型，对种植体三维模型进行切片处理，切片厚度 25μm。切片完成后，规划种植体的扫描路径，采用九宫格方式分区扫描，区域大小2×2mm，扫描不同层时扫描方向偏转一定角度，偏转角设定为 37°。
激光选区熔化设备采用抽真空与置换相结合的方式，首先抽真空至80KPa后向成型室充入高纯Ar气，如此反复置换多次，直至成形腔氧含量低于100ppm且压力维持在30mbar为止。
设定激光选区熔化工艺参数，扫描实体的激光功率370W，扫描轮廓的激光功率200W，扫描支撑的激光功率370W，光斑直径70μm，实体扫描速度 2700mm/s，轮廓扫描速度500mm/s，支撑扫描速度 2700mm/s，扫描间距 0.08mm，设定完成后启动打印。
打印时，通过预热功能将基板进行预热，预热温度为120℃，基板预热完成后再通过铺粉机构在基板上平铺一层厚度为25μm 的新型 TTNZ 合金粉末，供粉量设置为铺粉厚度的2倍。激光束在计算机的控制下完成构件的烧结后，在成形腔室内存放2.5h后连基板一起取出成品。
经测试表明，本发明的实施例制备的口腔种植体的维氏硬度： 400-600kg/mm2，弯曲强度：900-1200MPa，压缩强度：25-200MPa，弹性模量：15-40Gpa。
本实施例还提供一种口腔种植体，由TTNZ合金粉末制备得到，其中，TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：
Ti>84%、Ta10%~10.9%、Nb1.45%~1.85%、Zr1.35%~1.85% 。
作为优选方案，本实施例所述口腔种植体以TTNZ合金粉末为原料，采用如上所述的口腔种植体的3D打印方法制备得到。
本实施例所提供的TTNZ合金粉末健康无毒，所制成的口腔种植体具有良好的生物安全性，同时TTNZ合金粉末具有较高的表面粗糙度和亲水性，更有利于骨细胞的黏附和增殖，使制成的口腔种植体具有良好的骨结合性能，同时使用TTNZ合金粉末制作的口腔种植体的弯曲强度和压缩强度较高，弹性模量低，具有优良的力学性能。
另外，本实施例所提供的口腔种植体由激光选区熔化增材制造工艺制备形成，通过在口腔种植体三维模型上设计多个孔，编辑所述孔的形状和大小后打印制得的口腔种植体形状大小规则一致、组织均匀、无气孔、裂纹及未熔颗粒，有利于骨组织细胞长入，同时在受力的条件下存在不易变形，因此具有优良的骨结合性能和力学性能，非常适用于临床需求。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，将TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体；
其中，所述TTNZ合金粉末至少包括如下质量分数的各元素：
Ti>84%、Ta10%~10.9%、Nb1.45%~1.85%、Zr1.35%~1.85%；
将所述TTNZ合金粉末采用激光选区熔化增材制造工艺制备形成口腔种植体的步骤包括以下操作：
建立口腔种植体三维模型；
对所述口腔种植体三维模型进行切片处理，规划扫描路径；
在基板上铺设一层所述TTNZ合金粉末，按照切片形状及扫描路径对所述TTNZ合金粉末进行快速熔化，逐层熔化叠加，直至得到口腔种植体；
所述口腔种植体三维模型上设计有多个孔。
2.根据权利要求1所述的口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，激光选区熔化增材制造工艺参数为：扫描实体的激光功率320-370W，扫描轮廓的激光功率150-200W，扫描支撑的激光功率320-370W，光斑直径70μm，实体扫描速度2200-2700mm/s，轮廓扫描速度400-500mm/s，支撑扫描速度2200-2700mm/s，扫描间距为0.06-0.08mm。
3.根据权利要求1所述的口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，成型腔室内使用惰性气体保护，控制所述成型腔室内氧含量低于100ppm且压力维持在10-40mbar范围内。
4.根据权利要求1所述的口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，所述切片的厚度为20-30μm。
5.根据权利要求1所述的口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，所述TTNZ合金粉末的粒径范围为15-53μm，其中d10为20±3μm，d50为30±3μm，d90为50±3μm。
6.根据权利要求1所述的口腔种植体的3D打印方法，其特征在于，每层铺设的所述TTNZ合金粉末的厚度为20-30μm。
7.一种口腔种植体，其特征在于，由TTNZ合金粉末采用如权利要求1-6中任一项所述的口腔种植体的3D打印方法制备得到。
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