[發明專利]一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法

在審

• 申請號: 202110903340.5
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113634765A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 郭偉;薛俊良;張宏強;朱穎;史佳鑫;張永鑫;戴為;肖軍;劉通
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/60;C22F3/00;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發明公開了一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法，包括以下步驟：步驟一：根據個體病患人體骨骼特征，采用三維建模軟件對所需醫用鈦合金植入體進行三維建模；步驟二：根據醫用鈦合金植入體的三維模型，采用激光選區熔化技術增材制造出醫用鈦合金植入體；步驟三：對增材制造完成的醫用鈦合金植入體進行機械加工處理，降低其表面粗糙度；步驟四：采用激光強化技術對經機械加工處理后的醫用鈦合金植入體進行表面改性，得到所需的醫用鈦合金植入體。本發明將激光選區熔化增材制造技術與激光沖擊強化表面改性技術相結合，可制造出形狀復雜、與個體患者契合度更高、耐體液腐蝕和耐磨損的醫用鈦合金植入體。

技術領域

本發明涉及生物材料設備技術領域，更具體的說是涉及一種激光選區熔化增材制造醫用鈦合金植入體并對植入體表面進行激光強化的方法。

背景技術

鈦合金具有毒性小、密度低、耐腐蝕性能好、機械強度高等優點，因此鈦合金能滿足醫用中受力承重和生物相容等性能要求，被廣泛用于醫療承力植入體等領域。目前醫用鈦合金植入體的制備通常經過熔煉、鍛造、軋制、切削加工等過程，繁瑣的加工過程造成醫用鈦合金表面極易氧化并浪費大量原材料，最終導致醫用鈦合金植入體價格大度升高，限制了鈦合金在醫用行業的應用和推廣。

另外醫用鈦合金植入體在個體患者中容易受到人體體液腐蝕，破壞植入體與人體組織的結合以及影響醫用鈦合金植入體的功能。并且隨著醫用鈦合金植入體腐蝕的加劇，鈦合金中金屬離子流入體液，對人體產生危害。

因此，如何制造出形狀復雜且與個體患者契合度更高的醫用鈦合金植入體并且大幅提升醫用鈦合金植入體的使用壽命并減緩金屬離子對個體患者的危害是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法，將激光選區熔化增材制造技術與激光沖擊強化表面改性技術相結合，可制造出形狀復雜、與個體患者契合度更高、耐體液腐蝕和耐磨損的醫用鈦合金植入體。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法，包括以下步驟：

步驟一：根據個體病患人體骨骼特征，采用三維建模軟件對所需醫用鈦合金植入體進行三維建模；

步驟二：根據醫用鈦合金植入體的三維模型，采用激光選區熔化技術增材制造出醫用鈦合金植入體；

步驟三：對增材制造完成的醫用鈦合金植入體進行機械加工處理，降低其表面粗糙度；

步驟四：采用激光強化技術對經機械加工處理后的醫用鈦合金植入體進行表面改性，得到所需的醫用鈦合金植入體。

優選的，在上述一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法中，在步驟四之后，還包括：

步驟五：對激光強化處理后得到的醫用鈦合金植入體依次進行耐磨損性能檢測、電化學腐蝕測試和表面粗糙度檢測，判斷其是否滿足植入要求。

優選的，在上述一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法中，步驟五中采用極化曲線方法對醫用鈦合金植入體進行耐磨損性能檢測，判斷其摩擦系數是否滿足大于等于0.7；采用CHI660電化學工作站對醫用鈦合金植入體進行電化學腐蝕測試，判斷其自腐蝕電位是否滿足大于等于-0.6V，鈍化電位是否滿足大于等于1.2V，擊穿電位是否滿足大于等于3.5V；采用ZYGO Nex View三維白光干涉表面形貌儀對醫用鈦合金植入體進行表面粗糙度檢測，判斷其表面粗糙度是否滿足小于等于0.3μm；若醫用鈦合金植入體滿足上述指標要求，則符合植入要求。

優選的，在上述一種增材制造醫用鈦合金植入體及表面沖擊強化方法中，步驟一中的三維建模軟件為：Capture 3D Scan Anything、Solid Works或Computer AidedDesign。