[發明專利]一種3D打印鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110175766.3
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112999414B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳艷文;廖繼章;王老烏;曾達;林志雄;甘藝良;陳劍峰;謝澤陽
• 申請（專利權）人: 大博醫療科技股份有限公司;博益寧（廈門）醫療器械有限公司
• 主分類號: A61L27/06
• 分類號: A61L27/06;A61L27/56;A61L27/50;B22F10/28;B22F10/62;B22F10/68;B22F10/66;C23F1/26;B33Y10/00;B33Y40/20;B33Y80/00
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于鈦合金領域，涉及一種3D打印鈦合金及其制備方法。所述3D打印鈦合金的制備方法包括：將鈦合金粉末進行3D打印，之后將所得3D打印鈦合金本體依次進行清洗除油、噴砂處理、高壓沖洗、第一次表面親水處理、第一次酸蝕處理、第二次表面親水處理和所述第二次酸蝕處理。采用本發明提供的方法不僅能夠在3D打印鈦合金表面獲得宏觀骨小梁結構、微觀多級微米孔洞結構的復合結構，以滿足成骨細胞粘附以及促成骨要求，而且還能夠將3D打印鈦合金表面多孔層以及網珊結構中的游離粉末顆粒以及半熔融顆粒殘留物有效去除，避免顆粒物及雜質成分殘留在3D打印鈦合金表面。

技術領域

本發明屬于鈦合金領域，具體涉及一種3D打印鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金相比于純鈦材料具有強度高以及疲勞性能好的優勢，相同尺寸大小下，鈦合金相比于純鈦材料具有更好的力學性能。在骨科領域，鈦合金相比于純鈦材料牌號更多，應用范圍更加廣泛，因此，創傷、脊柱、關節大量采用如TC4鈦合金、TC20鈦合金原料作為基體材質，用于加工和制造醫用內植物產品，尤其是在骨科內植物，應用更為廣泛，如3D打印椎間融合器、3D打印股骨柄、3D打印髖臼杯均采用TC4鈦合金材料，以滿足其力學性能的要求。

骨小梁結構呈不規則立體網狀，具體如絲瓜絡樣或海綿狀。在鈦合金表面構造骨小梁結構，更有利于骨組織長入，并且能夠使骨組織與基體發生更好的機械及化學鎖合，防止出現松動。此外，如何進一步提高表面成骨活性，將具有更強的臨床應用價值。研究表明，通過鈦種植體表面構造微米結構尤其是多級微米結構，將有助于成骨細胞的粘附增殖，促進骨性結合形成表面與人體骨組織的堅固生物學固定。針對純鈦產品，可以通過噴砂酸蝕或微弧氧化的方式在其表面形成多級微米結構。例如，Straumann采用噴砂酸蝕技術取代了常規的噴砂表面，促進短期負載，實現即刻種植。但是針對鈦合金，由于其成分含量以及組織結晶相與純鈦截然不同，采用同樣的溶液體系及工藝條件，無法獲得相同或類似的多級微米結構，尤其是針對3D打印的多孔狀鈦合金內植物，處理難度更大，影響因素更多且更復雜。

3D打印鈦合金為將鈦合金粉末通過電子束或者激光熔融冷卻形成金屬鍵，生成穩定且具有一定強度、結構和功能的半成品，隨后再通過機械加工形成符合尺寸精度以及預期功能的最終3D打印產品。3D打印鈦合金可通過結構設計制造及獲得宏觀微米級的網狀骨小梁結構，所形成的絲徑結構為微米級多孔結構并且表面大量附著殘留的半熔融鈦合金顆粒。考慮到顆粒在人體環境下如果掉落存在炎癥風險，因此必須對其進行表面處理。常用的處理方式為噴砂方式來進行處理在去除殘留半熔融顆粒的同時，形成粗糙的表面微米結構，但是對于層次結構較復雜的3D打印多孔表面，噴砂處理具有很大的方向性導致內部多孔結構的表面殘留去除不徹底，更為重要的是，噴砂過程一方面會導致砂粒殘留在產品表面，引入其他雜質元素且含量難以控制，需要進行大量的生物學、動物學試驗來評估其生物相容性，以確認其臨床使用的生物安全性；另一方面，噴砂采用的噴砂粒徑大小也非常難以選擇，顆粒較大時，顆粒容易夾雜在內植物多孔結構中，臨床風險非常大，顆粒較小時，又難以形成較好的去除效果以及無法形成粗糙化表面的效果。因此必須對噴砂形成粗糙面之后的表面進行酸洗處理，以去除內孔中噴砂砂粒及半熔融顆粒殘留。但是相應的酸洗處理又會導致表面微米結構減少或消失，表面變的相對平滑，使得期望的粗糙化微米表面與殘留砂粒風險難以取舍和平衡。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的鈦合金產品難以同時形成骨小梁結構和多級微米結構，從而無法滿足臨床表面成骨細胞粘附以及促成骨要求的缺陷，而提供一種宏觀上骨小梁結構且微觀上具有多級微米孔洞結構這一復合結構的3D打印鈦合金及其制備方法。

具體地，本發明提供了一種3D打印鈦合金，其中，所述3D打印鈦合金的表面具有骨小梁結構，且骨小梁結構上又具有多級微米孔洞結構。其中，所述骨小梁結構有利于骨組織長入，能夠使骨組織與基體發生更好的機械及化學鎖合，防止出現松動。所述多級微米孔洞結構有利于成骨細胞的粘附增殖，促進骨性結合形成表面與人體骨組織的堅固生物學固定。也即，本發明提供的3D打印鈦合金能夠很好地滿足成骨細胞粘附以及促成骨要求。