CN208625759U - 可降解复合线材的制造设备 - Google Patents

Abstract

一种可降解复合线材的制造设备，包括一铝加热基座、一加热元件、一温度传感器、一喷嘴、一散热管、一喉管、一密封连接件、一同心毛细管。本实用新型成型复合线材的工艺为：将可降解高分子材料通过散热管和喉管的中心孔被送入到喷嘴的腔室中，可降解金属线材通过同心毛细管的中心孔被送入到腔室中，温度传感器与加热元件将铝加热基座加热，从而熔化可降解高分子材料，熔化后的聚乳酸粘度为1353Pa.S至2890Pa.S，将腔室11中的可降解金属线材包裹复合，并带着可降解金属线材从喷嘴的出口一起挤出。所成型可降解复合线材可应用于FDM工艺，以打印成型可植入人体的医疗器材。

Description

可降解复合线材的制造设备

技术领域

本实用新型涉及一种制造设备，具体涉及一种将可降解金属线材及可降解高分子线材挤制成可用于熔融挤出成型(FDM)的复合可降解线材的设备。

背景技术

生物可降解金属是以镁基合金、铁和锌为代表的新一代医用金属材料，这类新型医用金属材料与传统的生物惰性金属材料相比，利用了镁基、铁和锌在人体环境中可发生腐蚀降解的特性、以可控方式实现了金属植入物在人体内的修复功能，并逐渐降解最后消失的临床目的。由于镁、铁、锌等可降解金属及其化学物是人体重要的元素，具有良好的生物相容性、独特的降解功能、以及优异的力学性能，因而在医学应用领用中具有极为广阔的前景。

为了更好地将可降解金属材料应用于医学领域中，3D打印技术被引入以加工具有复杂特征的个性化植入物。其中，激光选区烧结技术是用于金属3D打印最基本与最广泛的工艺。然而，镁、锌等可降解金属在激光选区烧结工艺中存在着许多难点。例如，金属镁的化学性质极其活泼，镁粉在空气中极易氧化、爆炸，危险性极大；且该金属熔点为648度、沸点为1107度，在激光烧结过程中，易发生物理化学变化、产生大量烟雾，从而难以成形。而金属锌熔点为420度、沸点为907度，同样存在易气化冒烟等问题。虽然现有技术中申请号为201410363005.0和201410134451.4的专利描述了相关用于3D打印的镁基金属粉体的成分及制造方法，但是并未明确解决上述存在的问题。除了激光选区烧结技术以外，熔融沉积成型(FDM)技术是另一种常见的、有望实现低温金属3D打印的方法。但是普通FDM技术难以实现金属熔化再成型的高温及保温要求，所以急需一种实现含可降解金属材料的3D打印成型方法，以满足医学领域的需求。

实用新型内容

针对现有技术中可降解金属难以3D打印成型的问题，本实用新型提供一种可以成型可降解金属/聚合物复合线材的设备，所制成的可降解复合线材可以适用于熔融挤出成型(FDM)工艺，以实现个性化可降解植入物的3D打印方法。

基于上述目的，本实用新型所提供的技术方案是提供一种可降解复合线材的制造设备，包括：

一铝加热基座，其内部设有一输出孔、一与该输出孔相通的金属线材输入孔、一与该金属线材输入孔相通的高分子材料输入孔；

一喷嘴，是连接于铝加热基座的输出孔，喷嘴内部设有一贯穿两相对端并且与金属线材输入孔相通的腔室，喷嘴的腔室远离铝加热基座的一端设为一出口；

一同心毛细管，该同心毛细管是以间隙配合的方式固定在铝加热基座的金属线材输入孔，并伸入到腔室当中，同心毛细管与腔室的周壁以及出口保持一间距；

一加热元件，是邻近高分子材料输入孔。

优选的，所述加热元件是设置在铝加热基座内，另设有一邻近加热元件的温度传感器。

优选的，铝加热基座上设有一连接于高分子线材输入孔的中空喉管，该喉管的一端突出于铝加热基座并且连接一中空的散热管。

实施上述技术手段以后，本实用新型可获得的具体效益为：

1、本实用新型采用同轴喷嘴的形式，保证了可降解金属线材被包裹至可降解高分子材料中心，而不外露于表面。

2、通过本实用新型所制成的可降解复合线材，其可降解金属线材包裹在医用可降解高分子材料中，可有效降低可降解金属材料在人体中的降解速度，从而保持植入物在人体内的力学性能。

3、所制造成型的可降解金属线材是在较低的温度条件下实现3D打印成形，避免了高温打印带来的金属晶粒长大问题，从而保持了可降解金属线材的韧性。

4、通过本实用新型所提供的设备，将可降解金属线材包裹至医用可降解高分子材料内，并随可降解高分子材料一起挤出并沉积，可将可降解金属线材在相对较低的温度条件下直接用于熔融挤出成型，其采用分体式熔融挤出成形无需打印支撑，实现了连续可降解金属线材的打印成形。

附图说明

图1为本实用新型用于FDM工艺的可降解金属/聚合物复合线材的制造流程图；

图2为用于制造复合线材的同轴式挤出低温喷头整体结构图；

图3为用于制造复合线材的同轴式挤出低温喷头整体剖面图；

图4用于制造复合线材的同轴式挤出低温喷头的局部剖面图；

图5为本实用新型可降解复合线材的截面示意图；

图6为分体式熔融挤出成形划分模型的示意图；

图7为分体式熔融挤出成形步骤二示意图；

图8、图9为分体式熔融挤出成形步骤三示意图；

图10为分体式熔融挤出成形步骤四示意图；

具体实施方式

以下配合附图及本实用新型的优选实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

本实用新型所提供可降解复合线材的制造设备是一种用于成型可降解金属/聚合物复合线材的设备，其制造方法是如图1所示取一可降解金属线材，取一可降解高分子材料，加载到FDM打印机的一同轴式挤出低温喷头100当中。将可降解高分子材料高温熔融之后，输入至可降解金属线材表面，挤出成型。以成型可降解金属线材包覆于可降解高分子材料中心的可降解金属/聚合物复合线材，并直接在FDM 3D打印设备当中直接沉积成型可降解的植入物。可降解高分子材料为医用聚乳酸、医用聚己内酯、或者医用聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种；可降解金属为金属镁或锌中的一种。复合线材挤出线宽为0.1～0.4mm，厚度为0.08～0.35mm，金属线材与沉积后复合线材的横截面之比为24.53％～50.46％，复合线材平行于金属线材方向的拉伸强度为93～147MPa、断裂延伸率为8.47％～67.46％。

请参阅图2至4所示，本实用新型所提供的设备为一同轴式挤出低温喷头100，其包含一铝加热基座3、一加热元件2、一温度传感器10、一喷嘴1、一散热管7、一喉管8、一密封连接件4、一同心毛细管9。其中，铝加热基座3内部设有一输出孔31、一与该输出孔31相通的金属线材输入孔32、一与该输出孔31相通并且与金属线材输入孔32相通的高分子材料输入孔33，优选的该输出孔31与金属线材输入孔32成一直线，而高分子材料输入孔33与所连成的直线成一夹角，并且高分子材料输入孔33是连通于该输出孔31与金属线材输入孔32交接处。

所述喷嘴1通过螺纹连接于铝加热基座3的输出孔31，喷嘴1内部设有一贯穿两相对端的腔室11，由图4所示可知，喷嘴1具有一线材输出端12，而该腔室11位于线材输出端12成收束状的出口110。所述喉管8具有两端，其中一端通过螺纹连接于铝加热基座3的高分子材料输入孔33，另一端突出于铝加热基座3并且通过螺纹与中空的散热管7连接。所述密封连接件4是通过螺纹安装至铝加热基座3的金属线材输入孔32中，该密封连接件4远离铝加热基座3该端安装所述的同心毛细管9，该同心毛细管9的一端具有一径向突出的挡缘，利用该挡缘挡止于密封连接件4外表面，同心毛细管9则是通过密封连接件4的中心孔以间隙配合的方式固定在铝加热基座3的金属线材输入孔32，并伸入到腔室11中，并且与喷嘴1腔室11出口110保持一间距，优选的，同心毛细管9与腔室11出口110相距2mm，可降解金属线材5通过同心毛细管9的中心孔被送入到腔室11中。

所述加热元件2通过过盈配合固定在铝加热基座3中并且邻近高分子材料输入孔33，所述温度传感器10插入铝加热基座3并且邻近高分子材料输入孔33。可降解高分子材料6通过散热管7和喉管8的中心孔被送入到喷嘴1的腔室11中。

本实用新型成型可降解复合线材的工艺为：可降解高分子材料6通过散热管7和喉管8的中心孔被送入到喷嘴1的腔室11中，可降解金属线材5通过同心毛细管9的中心孔被送入到腔室11中，温度传感器10与加热元件2将铝加热基座3加热，根据选用的高分子材料，铝加热基座3的加热温度为80度C至240度C，从而熔化可降解高分子材料6，熔化后的聚乳酸粘度为1353Pa.S至2890Pa.S，从而将腔室11中的可降解金属线材5包裹复合、并带着可降解金属线材5从喷嘴1的出口110一起挤出，形成如图5所示，内芯为可降解金属线材5、外层为可降解高分子材料6，所形成的的复合线材。而成型过程中，铝加热基座3的温度可以通过喉管8传导至散热管7，由于散热管7表面的散热翼片散发，以免温度过高致使可降解高分子材料6提前熔融。

所述医用聚乳酸线材以及金属镁线材是由机构单向推送进入同轴式挤出低温喷头100，使其持续由喷头1的腔室11该端输出，亦即熔融的医用聚乳酸材续在腔室11的出口110处包覆金属镁之后被挤出。优选的，可降解高分子材料6为线材形式，线材的挤出通过FDM送丝机(未标出)实现，优选的，FDM送丝机的挤出速度为5mm/s。

本实用新型挤出成型可降解复合线材可以直接应用于FDM工艺，其具体实现步骤说明如下：

步骤一，请参阅图6所示，将三维模型在软件中分割为最大中心长方体实体16以及与该长方体六个面A-F相连的六个实体，其中在平面A与D对应的实体上添加设计夹持用的圆柱15，之后将这七个实体分别进行切片处理，将数据导入到FDM打印机中；

步骤二，如图7所示，上述复合线材被挤出时，分子材料是熔化的，但金属丝不熔化，挤出的复合线材可以直接作3D打印，首先打印最大中心长方体实体16：根据切片软件处理的数据，沿着Z方向依次沉积每一层复合材料层，完成最大中心长方体实体16打印；

步骤三，如图8、图9所示，取下最大中心长方体实体16，采用气动夹具14夹持最大中心长方体实体16相对的两个平面B与E，依次旋转最大中心长方体实体16使平面A、C、D、F分别至水平面、并在这四个平面上打印相应的连接实体，打印方法与步骤二中所描述的方法相同；

步骤四，如图10所示，取下所打印的实体，采用气动夹具14夹持平面A与D所对应实体上的圆柱15，分别旋转最大中心长方体实体16使平面B与E至水平、并在这两个平面上打印相应的连接实体，打印方法与步骤二中所述相同；

步骤五，去除平面A与D对应实体上的夹持圆柱15，完成模型打印。

上述FDM打印过程中，打印层厚为0.35mm、最小打印线宽为0.4mm。由于金属丝不熔化，一方面可以形成打印产品的支撑力，另一方面由于可降解金属线材是在较低的温度条件下实现3D打印成形，避免了高温打印带来的金属晶粒长大问题，从而保持了可降解金属线材的韧性；

以上所述是举具有六个突出的连接实体为例说明，亦可以是成型其他形状的实体，主要是将所要3D打印成型的实体分割成一个最大的实体、多个周围的连接实体以及将其中两相对面的连接实体上设计突出的可供夹持的圆柱，以此概念可以沉积打印各个不同的形状的医疗器材。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以优选实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，应当可以利用上述揭示的技术内容作出些许改变或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种可降解复合线材的制造设备，其特征在于，包括：

一铝加热基座，其内部设有一输出孔、一与该输出孔相通的金属线材输入孔、一与该金属线材输入孔相通的高分子材料输入孔；

一喷嘴，是连接于铝加热基座的输出孔，喷嘴内部设有一贯穿两相对端并且与金属线材输入孔相通的腔室，喷嘴的腔室远离铝加热基座的一端设为一出口；

一同心毛细管，该同心毛细管是以间隙配合的方式固定在铝加热基座的金属线材输入孔，并伸入到腔室当中，同心毛细管与腔室的周壁以及出口保持一间距；

一加热元件，是邻近高分子材料输入孔。

2.根据权利要求1所述的可降解复合线材的制造设备，其特征在于，所述加热元件是设置在铝加热基座内，另设有一邻近加热元件的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的可降解复合线材的制造设备，其特征在于，铝加热基座上设有一连接于高分子线材输入孔的中空喉管，该喉管的一端突出于铝加热基座并且连接一中空的散热管。

4.根据权利要求1或2或3所述的可降解复合线材的制造设备，其特征在于，铝加热基座的金属线材输入孔上连一中空的密封连接件，所述同心毛细管是安装穿置于密封连接件。