[發明專利]一種激光燒結制備醫用鈦合金材料的方法

有效

• 申請號: 202010622505.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111922340B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉巖;劉易軍;趙天昊;赫子懿;林紅
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C25D11/26;B33Y10/00
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 彭成

本申請公開了一種激光燒結制備醫用鈦合金材料的方法，該方法包括如下步驟：S1、鈦合金粉末表面處理；S2、納米銀懸濁液的制備；S3、納米銀的附著；S4、三維數據的生成；S5、激光燒結增材制造；S6、表面處理。本發明的方法可實現納米銀在激光燒結制備的醫用鈦合金材料中均勻分布，通過改變表面附著有納米銀的鈦合金粉末的用量以及輪廓部的厚度，可實現不同厚度及不同納米銀含量的抗菌層制備，可顯著提高醫用鈦合金材料的抗菌效果。

技術領域

本發明涉及醫用骨組織植入體的制備方法，具體為一種激光燒結制備醫用鈦合金材料的方法。

背景技術

鈦及鈦合金材料以其良好的生物力學性能和生物相容性，被廣泛用做人體硬組織植入或修復材料。但長期臨床研究發現：鈦及鈦合金材料長期植入時，可能會由于“應力屏蔽”導致生物力學失配、失效，鈦合金材料的力學性能與人體骨骼的力學性能之間仍存在差異，這種適配性問題會影響骨骼的生長速度，對于植入體的穩定性產生不利影響。此外，植入體在植入人體后，容易成為細菌粘附的載體，進而導致感染，因此，鈦合金骨植入體的力學性能改進以及抗菌涂層的制備是現階段亟待解決的關鍵問題。基于激光快速制造的增材制造技術為骨組織植入材料的制造提供了新的制造方案，激光燒結3D打印技術是增材制造的一種，其是以數字模型為基礎，運用粉末金屬，通過逐層熔化和堆積的方式來構造物體，直接金屬激光燒結技術(DMLS)屬于激光燒結3D打印技術，該技術使用局部聚焦激光束使金屬粉末熔化“焊接”，其制備的組織結構多孔，致密度低，通常采用同軸送粉的方式進行粉末供應，將其應用于骨組織植入體的制備可在降低成本的同時又能滿足力學性能的要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的不足，提供一種激光燒結制備醫用鈦合金材料的方法，制備的醫用鈦合金材料可根據需要設計具體結構，滿足力學性能匹配的同時又可實現可控厚度的抗菌涂層的原位制備。

為實現上述目的，本發明采取下述方案：

一種激光燒結制備醫用鈦合金材料的方法，該方法包括如下步驟：

S1、鈦合金粉末表面處理：選取平均粒徑為20-60μm的霧化鈦合金粉，采用惰性氣體驅動霧化鈦合金粉，以400-500m/s的氣流速度撞擊螺旋型模具，螺旋型模具內表面設置有硬質合金凸起，硬質合金凸起的厚度和高度均為70-80納米，在進行撞擊的過程中對模具進行超聲振動，超聲振動頻率為20kHz，振幅為2-4μm，經螺旋型模具處理后，霧化鈦合金粉表面被切割出納米級坑槽，收集處理后的鈦合金粉備用；

S2、納米銀懸濁液的制備：將納米銀粉末均勻分散在PVP的水溶液中獲得納米銀懸濁液，其中，納米銀的重量百分比為1％-3％；

S3、納米銀的附著：將步驟S1獲得的鈦合金粉末加入到步驟S2制備的納米銀懸濁液中，在水浴條件下攪拌，同時進行超聲處理，攪拌均勻后，對懸濁液進行過濾、洗滌并干燥，得到表面附著有納米銀的鈦合金粉末；

S4、三維數據的生成：根據醫用材料性能需要，對醫用材料的結構、形狀進行設計，具體地，根據骨骼的彈性模量、抗壓強度設計對應的骨骼植入體的結構，將骨骼植入體設計為內部孔隙大，外部孔隙小的多孔結構，孔隙小的部分作為骨骼植入體的輪廓部，孔隙大的內部作為芯部，將設計好的三維模型數據導入增材設備中；

S5、激光燒結增材制造：采用同軸送粉的方式進行激光燒結增材制造，在芯部以未進行表面處理的鈦合金粉進行激光燒結增材制造，在輪廓部至少一部分厚度以步驟S3獲得的表面附著有納米銀的鈦合金粉末進行激光燒結增材制造；

S6、表面處理：對激光燒結增材制造得到的醫用材料進行表面處理，采用含鈣磷電解質的水溶液進行微弧氧化表面處理，在醫用材料表面獲得含有羥基磷灰石的微弧氧化膜層。

優選地，步驟S2中，納米銀粉末與PVP的質量比為(20～25)：1，納米銀的平均粒徑為70-75nm。