[發明專利]一種復合3D打印植入物假體及其制備方法

在審

• 申請號: 202011463719.0
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN114617679A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 秦如;李慶桐
• 申請（專利權）人: 蘇州諾橋科技有限公司
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28;A61F2/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合3D打印植入物假體及其制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S 1：通過三維軟件設計的植入物假體(1)，得到數字化假體模型，其中，所述假體坯體上有復合面(101),在復合面(101)上具有物理連接結構或不具有物理連接結構；

S2-1：將3D打印用的基體材料粉與一種或一種以上的復合粉按設計的比例進行混合，依次置于攪拌設備中，將充分混合均勻后得到復合3D打印復合粉裝入3D打印機的機體內，用3D打印機將步驟S1得到的數字化假體模型一體打印成型，得到假體坯體；

S2-2：將3D打印用的基體材料粉或絲材與一種或一種以上的復合粉或絲材(根據復合材料的數量對3D打印機進行料盒、噴頭數量和相關組件和功能的拓展)分別放入3D打印機的多個料盒內，用3D打印機將步驟S1得到的數字化假體模型一體打印成型，得到假體坯體；

S3：對步驟S2-1獲得的一次預成型假體，放入熱處理爐中進行熱處理；對步驟S2-2獲得的一次預成型假體，需放入脫脂爐中脫脂，脫脂后放入燒結爐進行燒結處理；得到二次預成型假體；

S4:對步驟S3獲得的二次預成型假體，當材料為鈦合金、鋯鈮合金且對假體有耐磨或類似鍍膜的其他需求時，將其置入熱處理爐中進行表面氧化處理，對其他材料假體不做此操作，得到三次預成型假體；

S5：對在步驟S4中進行表面氧化處理且步驟S1中不具有物理連接結構的二次預成型假體通過機加工去除步驟S4在復合面(101)表面氧化形成的氧化層，對沒有在步驟S3中進行表面氧化處理的或在步驟S3中進行氧化處理但在步驟S1中具有物理連接結構的三次預成型假體不做此操作，得到四次預成型假體；

S6：對步驟S4獲得的四次預成型假體放入3D打印機中，假體采用專用夾具固定，使復合面(101)顯露在激光頭加工區域，對其需要加工的區域進行多孔面結構或實體材料的打印，得到復合成型假體；

2.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S1中，所述假體(1)具有復合面(101)，所述復合面具有物理連接結構；

所述物理連接結構上具有多個孔洞，所述孔洞界為倒梯形的連接凹槽，所述連接凹槽口部直徑為100-300um，深300-800um，所述連接凹槽底部的直徑小于凹槽口部的直徑；

沒有物理連接結構且需要表面氧化處理的假體需增加機加工工藝去除復合面(101)上陶瓷化的氧化面。

3.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S2-1中，所述攪拌設備優選為球磨機，球磨機密封抽真空，再充入惰性保護氣體，保護后利用研磨球進行均勻攪拌得到復合材料3D打印粉末。

4.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S2-2中，3D打印機有多種材料的料盒，料盒內裝有不同的粉料或絲材，可根據設計實現假體不同部位采用不同材料的復合打印；

所述3D打印機包括：步驟S2-1：選取激光熔融的3D打印機或電子束融熔的3D打印機；步驟S2-2：粘合劑噴射3D打印機；步驟S5：采用定向能量沉積技術坯體成型的3D打印機。

5.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S4中，所述鈦和鈦合金或鋯鈮合金二次預成型假體在高溫含氧的熱處理爐中進行表面氧化處理，得到氧化鋯或氧化鈦的陶瓷表面。

6.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S5中，對所述三次預成型假體進行機加工去除復合面(101)在步驟S4中形成的陶瓷化氧化層。

7.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S6中，3D打印機中固定假體的專用夾具可進行兩軸運動，加上送料的噴頭可進行三軸運動，兩者配合可實現五軸聯動，從而可以根據設計在假體任意部位進行復合打印的目的。

8.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟S6中，對物理連接層中的多個凹槽孔洞通過3D打印填充滿，并一體打印復合層，從而形成物理連接的結構層，增強了復合材料與基體間的粘結強度等機械性能。

9.根據權利要求1-8任一所述的制作方法制得的植入物假體，其特征在于，所述假體(1)具有摩擦面或滑動面、固定面以及復合面(101)其中的一種或多種；

所述摩擦面或滑動面是通過對所述假體(1)的基體金屬進行表面氧化處理得到的氧化鋯或氧化鈦陶瓷表面或采用復合3D打印方式在基體上打印的耐磨材料層；

所述假體固定面包括多孔生物固定面或無孔粗糙表面，所述多孔生物固定面為多孔立體結構層，其孔隙率為30％～90％，孔隙的平均直徑范圍為0.1mm～0.9mm，所述多孔面的厚度范圍為0.3mm～2.0mm；

所述假體摩擦面或滑動面和固定面與所述假體基體采用復合3D打印方式成型；

所述假體基體材料包括鎂、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、鋯鈮合金、鈷基合金、銅、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、羥基磷灰石和不銹鋼中的一種或多種組合；復合材料包括鈦、鈦合金、鉭、鈷基合金、銅、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、羥基磷灰石中的一種或多種組合。