[發明專利]一種用于提高3D打印生物材料成形件的親水性的方法

在審

• 申請號: 202010979919.5
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112247345A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 徐仰立;譚援強;姜峰;駱培輝
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/073;B23K26/352;B22F3/105;B22F3/24;B33Y40/20;C23G5/032
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明提供一種用于提高3D打印生物材料成形件的親水性的方法，包括：將3D打印的生物材料成形件，通過超聲波清洗，對成形件表面進行激光加工前的預處理；調整用于生物材料激光加工的裝置，在準分子激光器和樣本臺之間依次裝載擴束鏡和準直鏡，調整擴束鏡準直鏡的位置，使激光在樣品臺上的聚焦光斑為能量分布均勻的矩形，測量矩形光斑的寬度W和長度L，輸入激光加工裝置的計算機控制系統中；通過單一變量法調控激光能量密度E和激光的脈沖數n，使成形件的粗糙度達到設定的閾值，進行成形件的加工；將加工好的成形件進行二次超聲波清洗。本發明提供的方法能夠快速、高效地提升3D打印成形件的表面質量，有助于加快3D打印件的應用效率。

技術領域

本發明涉及3D打印領域，特別是指一種用于提高3D打印生物材料成形件的親水性的方法。

背景技術

激光選區熔化技術(Selective Laser Melting,SLM)是一種在惰性氣體的保護下，利用聚焦的高功率激光束輻照金屬粉末床，使金屬粉末快速熔化、凝固，從而實現三維零件成形的3D打印技術。由于這種技術的激光熱影響區較小，因而成形精度高，能夠制造高性能、復雜幾何形狀的金屬零件。利用SLM技術制造的生物材料合金，具有高比強度、低彈性模量、抗蝕性優異等優點，正在被廣泛應用于航空航天和汽車工業領域，但是仍然無法大量應用于醫用領域。這是因為醫用領域要求生物材料植入體表面具有良好的生物相容性，不僅能使細胞更好地附著在植入體上，同時還要使體液在植入體上具有一定的滲透率。然而，SLM成形的生物材料合金表面粗糙，呈現疏水性，無法滿足醫療領域對SLM成形件表面性能的要求。因此，為了使SLM成形的生物材料能夠滿足醫療領域的應用要求，需要降低其表面粗糙度同時提高親水性。

目前，鈦合金的表面浸潤性改性方法主要有：表面化學涂層法、納/飛秒激光表面織構化、激光輻照法等。這些方法均可以有效地改變生物材料的表面浸潤性，但是表面化學涂層法形成的涂層往往不是很穩定，極易發生脫落失效；納/飛秒激光表面織構化對試樣表面的平整度要求較高，不適合SLM成形件的加工；而激光輻照法相較于前兩種方法，具有加工面積可控、快速精確處理材料表面的優點，具有很好的應用前景。目前，準分子激光輻照對PA2200尼龍SLS成形件表面改性，發現這種方法可以使打印件表面變得光滑，同時產生C＝＝O雙鍵親水性基團，接觸角由120°減小至70°，改善并調控了成形件的表面浸潤性。但是，利用準分子激光輻照改變SLM成形生物材料合金表面浸潤性的應用研究成果較少。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種用于提高3D打印生物材料成形件的親水性的方法，能夠快速、高效地提升3D打印成形件的表面質量，有助于加快3D打印件的應用效率。

本發明采用如下技術方案：

一種用于提高3D打印生物材料成形件的親水性的方法，包括如下步驟：

將3D打印的生物材料成形件，通過超聲波清洗，對成形件表面進行激光加工前的預處理；

調整用于生物材料激光加工的裝置，在準分子激光器和樣本臺之間依次裝載擴束鏡和準直鏡，調整準分子激光器與擴束鏡的距離S1，以及擴束鏡和準直鏡之間的距離S2，使激光在樣品臺上的聚焦光斑為能量分布均勻的矩形，在光路調整完畢后，打開準分子激光器，使激光在樣本臺上的白紙燒蝕出矩形光斑，并用直尺測量得到矩形光斑的寬度W和長度L，記為光斑的大小；

將得出的矩形光斑的寬度W和長度L輸入激光加工裝置的計算機控制系統中；

通過單一變量法調控激光能量密度E和激光的脈沖數n，使成形件的粗糙度達到設定的閾值，進行成形件的加工；

將加工好的成形件進行二次超聲波清洗。

具體地，所述激光能量密度E具體為：

E＝P/(W*L)

其中P為激光功率。