CN204108311U - 一种面向镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备 - Google Patents

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帅熊
高成德
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Abstract

本实用新型公开了一种面向镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备，包括光纤激光器、激光聚焦系统和烧结件置放工作台，光纤激光器与激光聚焦系统电连接后设置在安装平台一之上；在安装平台二之上设置有一个三维运动平台，三维运动平台由水平运动机构X轴、前后运动机构Y轴、垂直运动机构Z轴和载物台组成，载物台上设置惰性气体保护装置，惰性气体保护装置包括烧结件置放台、定位销和通气管。本实用新型将激光聚焦系统和烧结件置放工作台分别固定在不同的安装平台上，有效消除了烧结运动引起的振动对激光聚焦系统产生的干扰，从而大大提高了烧结件的精度。同时，本实用新型增加了惰性气体保护装置，能有效防止激光选区烧结过程中镁金属的氧化，从而能最大限度地保持多孔镁金属骨支架烧结产品的生物性能。

Description

一种面向镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备
技术领域
本发明涉及激光选区烧结设备，尤其涉及面向骨缺损修复中金属骨支架制备的烧结设备。
背景技术
随着人口老龄化和各种创伤的增加，生物材料的需求日益增长，特别是对于较大尺寸的骨缺损，很大程度上不得不依靠骨支架移植进行修复。作为长期植入人体的骨支架应满足以下要求：良好的生物相容性、优越的机械性能、低的弹性模量等。
目前骨支架材料主要有：金属、聚合物和陶瓷等，这些材料都有其本身不可克服的缺陷，如传统医用金属材料、高分子材料和一些生物陶瓷材料在体内表现为生物惰性，与组织结合不牢固，容易松动而导致失败。与传统医用金属材料相比，金属镁具有优良的特性，如较低的弹性模量，适当的强度，优异的生物相容性等，并且镁是人体含量第4丰富的阳离子，能够刺激新骨形成。镁已被认为是一种革命性的金属生物材料。
人骨是由疏松的多孔组织构成的，由此可以考虑用多孔材料来作为骨支架。多孔的金属镁植入人体后，人体的血管和肌肉可以长入其孔隙内，便于人体组织运送血液和营养，更重要的是镁本身在生物体内可以逐渐降解，由新的骨组织长出而逐渐替代原先的骨支架，更重要的是，可通过调节它的孔隙率和孔径使其具有与人体骨相同或相近的弹性模量，这样在植人人体后，人体和植入体可以同时受力，不会因为弹性模量的不同而导致受力不均。
激光选区烧结工艺能实现人工骨支架所需要的复杂三维实体外形，并可通过控制激光光斑的大小和扫描间距相匹配实现所要求的内部微孔结构。但目前没有一种专门适用于制备多孔镁金属骨支架的激光烧结设备。因为一般的激光选区烧结设备在制备多孔镁金属骨支架时，存在着烧结件精度不高、镁金属易氧化等缺陷，从而影响其作为生物材料的性能，导致其生物相容性或生物可吸收性降低。
发明内容
基于现有激光烧结设备所存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种专用于制备多孔镁金属骨支架的激光选区烧结设备。
本实用新型的详细技术方案为：一种面向镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备，包括光纤激光器、激光聚焦系统和烧结件置放工作台，光纤激光器与激光聚焦系统电连接后设置在安装平台一之上；在安装平台二之上设置有一个三维运动平台，三维运动平台由水平运动机构X轴、前后运动机构Y轴、垂直运动机构Z轴和载物台组成，载物台上设置惰性气体保护装置，惰性气体保护装置包括烧结件置放工作台、定位销和通气管。
作为更进一步地优化设计，为方便激光聚焦系统扫描，安装平台一之上固定一个倒L型的支撑架，支撑架的悬臂上安装滑槽板，激光聚焦系统通过固定板可调节式安装在滑槽板上。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
（1）本实用新型将激光聚焦系统和烧结件置放工作台分别固定在不同的安装平台上，选区烧结时，烧结件置放工作台设置在载物台上，载物台所在的三维运动平台固定在安装平台二上，它根据计算机控制信息进行三维运动，而激光聚焦系统在安装平台一上静止不动，这种动静分离的方式有效消除由于烧结运动引起的振动对激光产生的干扰，从而大大提高了烧结件的精度，符合金属骨支架对精度要求较高的特点。
（2）同时，本实用新型增加了惰性气体保护装置，能有效防止激光选区烧结过程中镁金属的氧化，从而能最大限度地保持多孔镁金属骨支架的生物性能。
（3）本实用新型的激光聚焦系统采用滑槽板安装在支撑架悬臂上，可以用来微调激光头与烧结件的距离，能有效避免由于激光头安装所带来的误差。使用本选区烧结设备，能将多孔镁金属骨支架的孔隙大小、多少、形状等通过计算机软件设计的二维扫描信息制造出来，设备成本较低，骨支架易于加工且精度高。
附图说明
图1为本实用新型激光选区烧结设备结构图；
图2为支撑架局部结构图；
图3为惰性气体保护装置局部结构图；
图4为三维运动平台局部结构图。
其中1：安装平台一；2：光纤激光器；3. 支撑架；4：激光聚焦系统；5：惰性气体保护装置；6：三维运动平台；7：安装平台二；3-1：为滑槽板；3-2：固定板；5-1：烧结件置放台；5-2：定位销；5-3：通气管；6-1：X轴运动机构：6-2：Y轴运动机构；6-3：Z轴运动机构；6-4：载物台。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本实用新型，即专用于多孔镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备，本部分是对本实用新型具体实施的详细阐述，不应理解为对本实用新型保护范围的限定。
将光纤激光器固定在安装平台一上。同时，在安装平台一上固定一个倒L型的支撑架，支撑架的悬臂上安装滑槽板，激光聚焦系统通过固定板安装在滑槽板上，根据需要在滑槽板上调节位置。在另外一个安装平台，即安装平台二之上设置有一个三维运动平台，三维运动平台由水平运动机构X轴、前后运动机构Y轴、垂直运动机构Z轴和载物台组成，载物台上设置惰性气体保护装置，惰性气体保护装置包括烧结件置放台、定位销、通气管和安装孔。其中，光纤激光器、激光聚焦系统和三维运动平台的来源及参数为：
（1）光纤激光器：采用深圳市创鑫激光技术有限公司的MFC光纤激光器，其中心波长：1064nm；平均功率：100W；光束质量：<1.4；光斑直径：6；功率调节范围：5~100%；激光器尺寸/重量：W487*H120*L415mm&<23kg，
激光聚焦系统：聚焦后光斑直径：50um；聚焦系统直径：20mm；工作距离：150mm。
（2）X、Y轴高精密电控平移台（型号ETSN-300-XY），指标：行程300mm；重复定位精度 <3um；回程间隙 <5um；速度不低于2000mm/min；运动直线度/平行度 <30um（300mm行程范围内）；俯仰/偏摆 <45″(300mm行程范围内)；加防尘罩；配置日本松下伺服电机。
（3）Z轴高精密电控平移台 (型号ETSN-300G)，指标：行程300mm；配置进口（西班牙发格公司）光栅尺,闭环分辨率1μm；重复定位精度 <3um；回程间隙 <5um；速度不低于2000mm/min；运动直线度/平行度 <30um（300mm行程范围内）；俯仰/偏摆 <45″(300mm行程范围内)；加防尘罩；含失电保护装置，含直角固定块（固定Z轴）；配置日本松下伺服电机。
工作时，先在惰性气体保护装置中通入氩气，形成烧结所需要的气压。采用预置粉末的方式，将镁粉末预铺在基板上，放入烧结件置放台中，开启光纤激光器，由计算机控制三维运动平台依据骨支架结构的二维信息运动，激光聚焦系统在氩气保护下扫描烧结基板上预置的镁粉末材料，烧结完一层后，取出烧结件，再次进行铺粉、熔化烧结，不断重复此过程，直到获得所需要的烧结件，利用高压气体把烧结件中未烧结的粉末去除，最终得到所需要的多孔镁金属骨支架。 

Claims (3)

1.一种面向镁金属骨支架制备的激光选区烧结设备，包括光纤激光器、激光聚焦系统和烧结件置放工作台，其特征在于：光纤激光器与激光聚焦系统电连接后设置在安装平台一之上，在安装平台二之上设置有一个三维运动平台，三维运动平台由水平运动机构X轴、前后运动机构Y轴、垂直运动机构Z轴和载物台组成，载物台上设置惰性气体保护装置，惰性气体保护装置包括烧结件置放工作台、定位销和通气管。
2.根据权利要求1所述的激光选区烧结设备，其特征在于：所述安装平台一之上固定一个支撑架，支撑架上安装滑槽板，激光聚焦系统通过固定板可调节式安装在滑槽板上。
3.根据权利要求2所述的激光选区烧结设备，其特征在于：所述支撑架为倒L型，倒L型支撑架的悬臂上安装滑槽板，激光聚焦系统通过固定板可调节式安装在滑槽板上。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104959605A (zh) * 2015-07-27 2015-10-07 中南大学 一种制备镁合金人工骨的激光选区熔覆设备
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