[發明專利]基于激光選區燒結的生物陶瓷零件的加工方法

有效

• 申請號: 201711115190.1
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107805066B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 姚圳珠;劉睿誠;吳利蘋;鄒善方;張志霄;蔣安琪
• 申請（專利權）人: 成都優材科技有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/10;C04B35/447;C04B35/622;C04B35/64;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 濮云杉;武森濤

本發明涉及基于激光選區燒結的生物陶瓷零件的加工方法，包括有三維設計、三維數據處理、陶瓷原料制備、激光燒結和零件后處理，其中在陶瓷原料制備時，先將陶瓷粉末原料在低于常規燒結溫度的環境中進行預燒結，然后對陶瓷粉末進行破碎和篩分；激光選區燒結時，鋪粉刮刀和打印基板均與上述的陶瓷粉末原料為相同材質；每層先用低的線能量密度激光進行多次重復掃描，再用高的線能量密度激光進行致密重熔，最后逐層疊加為零件的成型件。本發明能夠大幅度減少打印材料的用量，并且明顯縮短了生物陶瓷零件的制作時間，完全避免了在成型過程中可能出現的化學雜質污染。

技術領域

本發明涉及3D打印的方法，具體的講是基于激光選區燒結的生物陶瓷零件的加工方法。

背景技術

3D打印(增材制造)的出現改變了傳統制造模式，是技術革命發展進程中的重要產物，其通過重建設計三維數字化模型，采用離散材料逐層累加原理，可以成型傳統制造技術無法成型的自由曲面、中空結構和多孔結構等形狀復雜的零件，具有成型周期短、制造效率高、節約材料等優點，讓整個制造過程真正實現了智能化、數字化、脫?；默F代高科技成型方式。SLS(激光選區燒結)是目前應用最為廣泛的3D打印技術，它是一種基于快速激光掃描燒結粉末材料的AM(增材制造)技術，集激光技術、數字智能化控制技術、計算機輔助設計分析技術、快速成型于一體，能直接制造組織致密、力學性能良好、精度高的零部件。目前激光選區燒結材料主要包括高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料和食品材料等。

陶瓷是一種傳統的無機材料，但是對于3D打印領域來說，卻是一個新興的材料。傳統的陶瓷器物以天然粘土和各種天然礦物為主要原料經過粉碎混煉、成型，在專門的窯爐中高溫燒制而成。生物陶瓷材料作為生物醫學材料，從十八世紀初開始發展至今，不斷涌現出各種新型材料，其應用范圍也在逐步擴大，現可應用于人工骨、人工關節、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結合材料、還可應用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管，經皮引線可應用于體內醫學監測等。在醫療領域，陶瓷具有良好的生物相容性、生物可降解性、骨誘導性以及優良的耐腐蝕性和耐磨損性，它們在生理環境中可被逐漸地降解吸收，并隨之被新生組織替代，從而達到修復或替換被損壞組織的目的。尤其，其獨特的美學性能是金屬材料和其它高分子材料無法比擬的，因此，諸如氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、羥基磷灰石(HAP)等生物陶瓷材料，在口腔牙體缺損修復、口腔頜面外科手術以及臨床骨組織替代中被廣泛應用。

陶瓷3D打印是一種新型的精密制造技術，其結合計算機三維建模與計算機輔助設計，可快速成型為具有個性化、復雜化、高精度的陶瓷零件，具有工序簡單、制作周期短、材料利用率高等優點。通過激光選區燒結對陶瓷材料進行3D激光打印時，通常包括有三維設計、三維數據處理、陶瓷原料制備、激光燒結、零件后處理等步驟。其中在三維設計中通常是先獲取需打印的影像學數據，再使用CAD軟件設計出符合需求的三維形態。然后在三維數據處理中對三維設計導出的STL數據進行數據處理，得到陶瓷3D打印成型的數據，通常包括了數據檢查和修復、位置擺放、支撐添加和切片等步驟。然后經包括掃描策略規劃和激光加工參數設置的激光燒結后，對打印件進行熱應力去除等后處理，完成整個打印過程。