[发明专利]一种3D凝胶打印多结构HA陶瓷复合材料支架的方法

说明书

本发明涉及一种3D凝胶打印多结构HA陶瓷复合材料支架的方法，属于增材制造领域。具体的是将羟基磷灰石和硅酸镁两种粉末球磨混合均匀，将陶瓷复合粉末和预混液混合配制成稳定性高、较低粘度、适合打印的陶瓷料浆，采用3D凝胶打印机进行打印，通过调节喷嘴直径、打印层高、打印速度等打印参数，从而获得复杂形状的陶瓷复合材料支架。将打印坯体经过干燥、脱脂、烧结获得复合陶瓷支架烧结体，之后将烧结后的陶瓷复合材料支架浸入含有生长因子的溶液中，使得生物活性因子包覆于支架的表层得到多结构的陶瓷复合材料支架。该工艺简单，实现了多结构陶瓷复合材料支架的近净成形，方便定制生产。采用这种方法能够制备形状复杂、力学性能好、生物活性高的生物陶瓷支架。

技术领域

本发明涉及一种3D凝胶打印多结构HA陶瓷复合材料支架的方法，属于增材制造领域，提供了一种3D凝胶打印技术制备多结构羟基磷灰石陶瓷复合材料支架的方法，该方法通过将两种陶瓷粉末进行混合，制备稳定性高、粘度较低的3D凝胶打印料浆进行3D凝胶打印，之后将烧结后的陶瓷复合材料支架表面包覆一层或多层生物活性因子，从而实现复合陶瓷支架的多结构，该工艺简单，实现了多结构陶瓷复合材料支架的近净成形，方便定制生产。

背景技术

3D打印技术，又称为“增材制造”技术，是在2D打印、微滴喷射和现代材料学基础上发展起来的快速成型技术，基本原理是以数字模型文件为基础，将粉末状金属或陶瓷等可粘合材料，通过逐层打印使层与层之间相互黏结，构成一个实物的立体模型。3D凝胶打印技术(3D gel-printing，3DGP)是一种基于料浆打印技术(Slurry-based Three DimensionalPrinting，S-3DPTM)或直接喷墨打印技术(Direct Inkjet Printing，DIP)的新型3D打印成形技术，打印料浆由较低黏度、较高固相体积分数含量的陶瓷或金属浆料所组成，打印机将料浆喷射到打印平台上，同时以一定的方式引发料浆中有机单体在极短时间内发生自由基聚合反应，形成的三维网状结构高分子有机物将粉末颗粒进行原位包覆，从而实现料浆迅速固化成形，料浆经层层打印固化成形后，形成零件坯体，生坯经脱脂和烧结后，最终得到致密支架。

羟基磷灰石是自然骨的主要无机成分，具有良好的生物相容性和骨诱导性，可以和宿主骨形成良好的化学键合，并且在体液的作用下羟基磷灰石中的钙和磷会游离出材料的表面，被机体组织吸收而导致降解，因此羟基磷灰石为骨组织工程中支架的主要成分。但是纯羟基磷灰石生物机械性能较差，硅酸镁陶瓷粉末的掺杂在一定程度上可以提高机械性能，并且硅酸镁中的镁元素可以激活骨信号通路促进骨的形成。

利用3D凝胶打印技术成型复合陶瓷支架不仅解决了陶瓷难以成型的问题，而且还可以实现复杂陶瓷支架的近净成形，节约成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高效率的制造形状复杂、近净成形、多结构的陶瓷复合材料支架的方法，从而得到力学性能、生物相容优良的生物植入支架。

本发明中，将打印后烧结的陶瓷复合材料支架浸泡于活性骨蛋白等生长因子的溶液中，将生长因子包覆与支架表面，从而实现了支架的多结构提高了植入物的生物相容性，使其更接近人体环境。

本发明的原理如下：首先将一定粒度的羟基磷灰石粉和硅酸镁粉按照一定比例混合，加入分散剂和阿拉伯胶进行滚动球磨使两者均匀混合，之后将陶瓷复合粉末加入预混液中，配制一定固含量的陶瓷复合料浆，接着将配制的陶瓷料浆装入自主设计的3D凝胶打印机进行打印，在打印过程中通过调节喷嘴直径、打印层高、打印速度等打印参数，从而获得表面质量好、复杂形状的打印坯体，将打印坯体经过脱脂、烧结工艺得到陶瓷复合材料支架。之后将得到的陶瓷复合材料支架浸泡于含生物活性因子的溶液中，使得支架表面包覆一层生物活性物质，使得所得到的之间更加接近于人骨的成分，实现支架的多结构。基于以上原理和目的，本发明的工序包括：复合陶瓷粉的混合、打印料浆的制备、打印参数的设置、3D凝胶打印、打印坯体的脱脂和烧结、活性因子的包覆等。

本发明提供一种3D凝胶打印多结构HA陶瓷复合材料支架的方法，包括步骤如下：