[發明專利]一種基于3D打印技術制備抗菌鈷基牙冠產品的方法

有效

• 申請號: 201610182224.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105838926B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 趙金龍;楊春光;任玲;張書源;孫子晴;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;B22F9/08;B22F3/105;C22F1/10;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及牙冠產品，具體提供了一種基于3D打印技術的抗菌鈷基牙冠產品制備方法，所得牙冠產品其具有獨特的抗口腔細菌感染功能，可廣泛應用于口腔領域相關的各種二類醫療器械。

背景技術

據醫學統計，每毫升未經刺激的唾液中細菌數達1.5億個，每一克牙結石(牙垢)中的細菌數則達100億個。如此，成年人如一年未請醫生予以潔牙，其口腔中細菌則可達100億至1000億個之多。而細菌的種屬被分析出來的就達30多種，主要有葡萄球菌、鏈球菌、乳酸桿菌、涎鏈球菌、厭氧鏈球菌、奈瑟氏菌、以色列放線菌、螺旋體、嗜血菌、產黑色素擬桿菌，其中有非致病菌，也有條件致病菌。所謂條件致病菌就是在一特殊條件下(例如體質下降)這些細菌對人產生致病作用，如牙周炎，齲齒和冠周炎等疾病。現有牙冠產品材料多為惰性金屬，自身不具有殺菌功能。因此，為了消除細菌感染帶來的致病風險，申請人發明了自身具有抗菌功能的鈷基合金材料，分別為《一種外科植入物用抗菌感染鍛造鈷基合金及其制備方法》(申請號201310278730.5)和《一種抗細菌感染用鑄造鈷基合金及其熱處理工藝》(申請號201310578365.8)，為口腔牙冠材料抗菌功能提供了解決方案。然而，口腔牙冠鈷基合金一般對于Ni等有毒元素有著嚴格的限制，上述合金并不能保證口腔環境牙冠材料的特殊要求，因此有必要針對口腔環境牙冠這一具體產品形式提出相應的保護要求。

3D打印技術是20世紀80年代后期開始逐漸興起的一項新興制造技術。它是指在計算機控制下，根據物體的計算機輔助設計(CAD)模型或計算機斷層掃描(CT)等數據，通過材料的精確3D堆積，快速制造任意復雜形狀3D物體的新型數字化成型技術。因此，對于口腔牙冠這一相對復雜的產品結構而言，3D打印技術具有先天的優勢，更利于根據個體差異進行私人訂制。然而，3D打印技術歸根結底是粉末冶金的一種制備方法，其加工產品如制備控制不當，仍存在力學性能不達標(GB 17168-2013)、重金屬釋放量超標和細胞毒性等生物安全性的問題。因此，本申請從3D打印抗菌金屬材料設計和制備角度出發，提供合適的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種口腔牙冠用抗菌鈷基合金的制備方法，該方法制備得到的鈷基合金能夠顯著降低現有口腔牙冠用鈷基合金醫療器械使用中引發的細菌感染風險。

本發明的技術方案是：

一種基于3D打印技術制備抗菌鈷基牙冠產品的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1)，通過真空感應熔煉，把抗菌金屬銅添加到鈷基合金中，使得其充分均勻化，制得抗菌鈷基合金；

步驟2)，利用惰性氣體(優選高純氬氣或高純氮氣)霧化獲得球形抗菌鈷基合金粉末，并進行篩分，制備出粉末平均粒徑在10-30微米范圍內的抗菌鈷基合金粉末；

步驟3)，利用3D打印設備(優選激光燒結3D打印機)，編制抗菌鈷基合金牙冠產品的三維立體結構模型，完成打印；

步驟4)，高溫燒結，提高產品致密度，燒結的溫度控制在1400～1500℃之間，保溫時間4-5小時；

步驟5)，抗菌熱處理，制得抗菌鈷基材料牙冠產品。

其中，按重量百分比計，所述抗菌鈷基合金的化學成分如下：Cr：29.0-31.0；W：8.0-10.0；Si：1.0-2.0；Cu：3.0-5.0；Ni≤0.1；Cd≤0.02；Be≤0.02；Mn≤1.0；N≤1.0；Nb≤1.0；Fe≤1.0；余量為Co。

在本發明的牙冠產品用抗菌鈷基合金的成分設計中，銅是合金中最重要的合金化元素，應保證在熱處理下，富銅相在鈷基合金基體中的均勻彌散析出。當銅含量較低時，即使經過熱處理，鈷基合金基體中也不易析出足夠的富銅相，因而不具備穩定的抗菌性能。當銅含量相對過高時，會導致鈷基合金在高溫下析出相對粗大的富銅相，嚴重影響到鈷基合金的離子釋放，同時也嚴重影響到合金在使用過程中的細胞毒性，因此本發明中的鑄造鈷基合金中的含銅量控制為3.0-5.0wt％。

本發明所述牙冠產品用抗菌鈷基合金的制備方法中，高溫燒結對于提高材料的致密度進而保證其耐蝕性能具有重要作用，燒結溫度過低，達不到材料軟化減少孔隙率的目的，材料延伸率低，燒結溫度太高，又很可能形成局部液相區造成晶粒粗大，破壞基體連續性并降低材料強度和耐蝕性能，因此本發明中高溫燒結的溫度控制在1400～1500℃之間，保溫時間4-5小時。