[發(fā)明專利]一種3D打印用鈦合金人工骨骼材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711322896.5
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107802886A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪梅花
• 申請（專利權(quán)）人: 成都育芽科技有限公司
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/50;A61F2/28;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y70/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種3D打印用鈦合金人工骨骼材料，其特征在于，所述的3D打印用鈦合金人工骨骼材料由以下質(zhì)量份數(shù)物質(zhì)構(gòu)成：Al：5%—13%、Zn：1.1%—6.5%、Mg：6%—18%、Cu：15%—35%、Ni：1.5%—3.5%、Zr：2.5%—6.1%、Nb：0—4.5%、Si：0—3.5%、余量為Ti。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼材料，其特征在于：所述的Al、Zn、Mg、Cu、Ni、Zr、Nb、Si及Ti均為單質(zhì)金屬顆粒及合金顆粒中的任意一種，且顆粒直徑為30—50nm。

3.一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法包括以下步驟：

第一步，骨骼建模，首先通過CT掃描設(shè)備，對人體需要進行鈦合金骨骼替換部位的骨骼組織結(jié)構(gòu)進行掃描，并建立該部位骨骼組織結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型，然后將建立的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型編碼轉(zhuǎn)化為3D打印成型加工作業(yè)的編程語音編碼；

第二步，3D打印設(shè)備調(diào)試，將第一步編訂的編程語音編碼數(shù)據(jù)下載到激光3D打印系統(tǒng)中并保存，然后由激光3D打印系統(tǒng)運行程序?qū)幊陶Z音編碼數(shù)據(jù)進行仿真運行，并根據(jù)仿真運行結(jié)果，結(jié)合激光3D打印系統(tǒng)的運行偏差，對編程語音編碼數(shù)據(jù)進行參數(shù)補償，獲得骨骼成型加工程序，然后保存?zhèn)溆茫?/p>

第三步，物料混合，根據(jù)使用需要，將Al、Zn、Mg、Cu、Ni、Zr、Nb、Si及Ti原料按比例添加到混料設(shè)備中，通過混料設(shè)備進行攪拌混合并預(yù)熱，在10—30分鐘內(nèi)完成物料混合，并同時將原料溫度勻速加熱至80℃—150℃，并保溫備用；

第四步，加工成型，將第三步制備得到的混合物料添加到激光3D打印系統(tǒng)中，由激光3D打印系統(tǒng)根據(jù)第二步驟保存的骨骼成型加工程序?qū)⒒旌衔锪霞庸こ尚蜑楣趋烂骷?/p>

第五步，毛坯表面處理，將第四步制備的骨骼毛坯件毛刺缺陷進行清理，然后將毛坯件浸入到電解液中進行陽極氧化處理，在骨骼毛坯件表面構(gòu)成具有維納尺度的多孔表面結(jié)構(gòu)，然后通過去離子水對完成陽極氧化處理后的骨骼毛坯件進行清理并冷風(fēng)干燥備用；

第六步，氮化處理，將經(jīng)過第五步處理的骨骼毛坯件置于等離子高溫氮化爐內(nèi)進行氮化處理，然后將完成氮化處理后將骨骼毛坯件自然冷卻至常溫即可得到成品鈦合金骨骼件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第二步至第六步加工作業(yè)中，均在惰性氣體保護環(huán)境氛圍中進行。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第三步中，攪拌作業(yè)采用超聲波攪拌、高壓氣流攪拌、磁性攪拌中的任意一種；預(yù)熱熱源為輻照熱源。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第四步中，激光3D打印系統(tǒng)運行時的激光功率為100—300W，掃描速度為200—2000mm/s，掃描間距為30—80μm，激光光斑為40—90μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第五步中，電解液由以下質(zhì)量份數(shù)物質(zhì)構(gòu)成：氫氟酸5%—10%，雙氧水3%—8%，余量為乙二醇。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第五步中，進行陽極氧化處理電壓為8V,工作電流1A，工作時間為5—20分鐘。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種3D打印用鈦合金人工骨骼制備方法，其特征在于：所述的第六步中，氮化處理時間為4—8小時，處理溫度為500℃—750℃，氮氣純度為99.9%，氮氣流量為50—100ml/min，氮氣壓力為1—2.1倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。