[发明专利]一种选择性激光烧结制备不锈钢生物多孔植入材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用金属材料的制备方法，特别是采用选择性激光烧结技术快速制备生物医用的多孔金属植入材料。

背景技术

近年来，随着生活水平的改善及医疗事业的发展，人类已进入高龄化时代，促使患各种关节疾病的人数日益增多，对人工关节的需求也快速增长，特别是全髋关节和全膝关节的置换手术越来越多。据预测，到2030年，全髋关节置换术以174%的速度增长到572,000例，而全膝关节置换术以673%的速度增长到34,800,000例。同时，全髋关节和全膝关节的外科修正手术也在增加。据估计，从2005到2030年，全髋关节和全膝关节的修正手术分别按137%和601%的速度增长。由此可见，在未来几十年里，人类对生物医用材料的需求量将急剧增加。只有不断发展和创新制备人工生物材料的新技术和新方法，才能完全满足人类对生物医用材料的大量需求。

目前，常用的生物金属材料主要有316L不锈钢、钴-铬（Co-Cr）合金、纯钛和钛合金。其中，不锈钢材料的价格最低廉，来源最广泛，不易氧化，容易储存，已经在整形外科手术中得到大量使用。但是，不锈钢的弹性模量（210 GPa）远远比人骨的弹性模量（10~30 GPa）大，这种模量的不匹配将引起大量的骨吸收和植入体的松动，最终导致外科植入手术失败。然而，可以通过在材料内部引入孔结构的方法，即制备多孔材料有效降低不锈钢的弹性模量，从而与自然骨匹配并延长植入体的寿命。另一方面，多孔材料也更利于新骨组织长入、营养物质输送和体液交换，加快痊愈过程。

目前，制备多孔材料最为常用的方法就是造孔法，该工艺在制备多孔材料过程中添加了大量造孔剂，严重影响材料的最终纯度和性能，这样获得的材料显然不能作为人体植入材料。选择性激光烧结技术（Selective laser sintering, SLS）是一种重要的快速成形技术，能够自动、快速地根据三维CAD模型制造任意复杂形状的零件。SLS技术可加工的粉末材料范围广，从理论上说，任何加热后能够产生粘结的粉末材料都可作为SLS 原材料，包括塑料、陶瓷、金属及其复合粉末，这说明SLS技术具有制备多种生物医学材料的能力。在制备金属或陶瓷材料时，SLS是通过烧结添加在金属或陶瓷粉末中的聚合物使粉末材料粘结在一起，成形后通常要经过脱脂工艺将粘结剂彻底去除，这样就在材料内部留下大量的蜂窝状孔洞，这对需要多孔结构的材料更加有利；况且，SLS在成形粉末材料的过程中，粉末受到的压力极小，因而通常得到的是多孔材料，即SLS技术更容易制备多孔材料。但是，目前的绝大部分研究工作更关注的是采用SLS技术结合后处理的方法获得全致密的材料，如SLS+高温烧结或液相烧结、SLS+熔渗低熔点树脂或金属及SLS+等静压处理等（Agarwala M，Bourell D，Beaman J, Marcus H, Barlow J. Post-processing of selective laser sintered metal parts[J]．Rapid Prototyping J. 1 (1995) 36-44；Yan C Y, Shi Y S, Yang J S, Liu J H. Preparation and selective laser sintering of nylon-12 coated metal powders and post processing. J. Mater. Process. Technol. 209 (2009) 5785-5792；Lu Z L, Shi Y S, Liu J H, Chen Y, Huang S H. Manufacturing AISI304 metal parts by indirect selective laser sintering combined with isostatic pressing. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 39 (2008) 1157-1163）。但是，对采用SLS技术制备多孔材料研究很少，尤其是关于采用SLS技术烧结覆膜粉末制备生物医用多孔金属植入材料的公开报道还没有。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用选择性激光烧结技术成形覆膜不锈钢粉末快速制备生物医用多孔金属材料的方法，避免了现有多孔材料制备技术的不足，并开发了选择性激光烧结技术制备多孔材料的潜力。