[发明专利]适用于选择性激光烧结的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了适用于选择性激光烧结的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)以羟基磷灰石作为基体材料，将粘结剂和上述基体材料混合得到复合材料粉末；(2)对复合材料粉末进行激光选区成型，从而获得所需形状的素胚制件；(3)将素胚制件置于加热炉中进行脱脂和烧结得到烧结制件；(4)使用乳酸制品对所述烧结制件进行浸渗，以让乳酸制品渗入烧结制件的孔隙中填充孔隙，从而获得孔隙率为12％‑25％的聚乳酸/钙磷生物陶瓷。本方法能制得具有良好的骨诱导性和生物降解性、以及可个性化制备且分子量可变的聚乳酸/钙磷生物陶瓷。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及适用于选择性激光烧结的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法。

背景技术

选择性激光烧结技术(selected laser sintering，SLS)起源于20世纪80年代末，其制造特点为“分层制造、逐层累加”，是一种基于增材制造的3D打印技术。SLS主要用于粉末状材料成形，其主要过程是利用计算机软件进行三维建模，然后导出STL格式的文件，SLS设备会读取STL文件，逐层加工零件，直至零件全部加工完成为止。其具有使用材料范围广，制造工艺简单，无需考虑支撑结构，材料利用率高等优点，具有很大前景。

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，即HA，是一种生物活性陶瓷,一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，与人体骨和牙釉质内天然的HA相似,在人骨无机物中占比72％，齿骨中高达97％，具有良好的生物相容性、生物活性和骨诱导性,对人体无毒副作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，广泛作为人工骨骼和人工牙齿骨的填充、置换和结合材料；但是纯HA的烧结性能差，其力学性能较差,脆性大、特别是冲击韧性限制了其在承重部位的应用。聚乳酸(C₃H₄O₂)_n，即PLA，是一种半结晶的热塑性聚酯，可塑性好，易于加工成型。具有优良的机械性能、良好的生物相容性，对人体无毒副作用，且生物降解性好，能够在生物体内代谢，其降解产物能参与生物代谢，最终降解为H₂O和CO₂。但是聚乳酸材料的强度降低，脆性变高，热变形温度随材料改变，耐热性和抗冲击性等性能远远低于其他塑料。目前制备聚乳酸/钙磷生物陶瓷的主要方法是通过乳液-溶剂蒸发法来制备材料，再通过注塑来实现成型制件的，其缺点有聚乳酸分子量受材料本身限制、需要特定模具、过程比较繁琐、无法获得个性化制件等缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了适用于选择性激光烧结的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法，基于现有的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法，以及聚乳酸和羟基磷灰石的优异性能，针对SLS成型聚乳酸/钙磷生物陶瓷的方法进行研究和探索设计。

HA/聚合物生物降解复合材料在一定程度上模仿了天然骨,可降解聚合物成分可逐渐被有机体溶解吸收或通过新陈代谢排出体外；HA成分在体液的作用下，会发生部分降解,游离出钙和磷,并被人体组织吸收、利用,生长出新的组织；同时可降解聚合物成分，对HA的过快降解具有控制作用,使得HA/聚合物的降解速率与新生骨组织生成速率匹配，通过与聚乳酸复合，可以提高材料的韧性，满足骨替换植入材料的机械强度要求，而且聚乳酸的酸性降解产物可被HA降解的碱性产物中和，同时HA的骨诱导性可以提供良好的细胞黏附生长环境，符合组织工程的生物学要求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了适用于选择性激光烧结的聚乳酸/钙磷生物陶瓷的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

(1)以羟基磷灰石作为基体材料，将粘结剂和上述基体材料混合得到复合材料粉末，其中，所述粘结剂与基体材料的质量比为1:20-3:20；

(2)对步骤(1)获得的复合材料粉末进行激光选区成型，从而获得所需形状的素胚制件；