[发明专利]一种医用多孔钛合金植入体的制备方法

说明书

本发明公开一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。本发明所述生物材料为蜂窝状多孔钛合金，蜂窝单元结构边长为0.4‑0.7mm，壁厚为0.2‑0.3mm；孔隙率在50‑80％左右，所述方法为使用选区激光熔化技术进行3D打印。本发明制备得到多孔钛合金生物材料的弹性模量低(12.1‑14.7GPa)、强度高(439.3‑697.5MPa)；多孔植入体的力学性能贴合人骨，既能消除应力屏蔽所造成的危害，又能为骨组织的长入提供生长空间，增加植入体的生物活性，完全可用于人体应组织代替和修复。本发明所述方法不仅可以有效解决应力屏蔽问题，延长植入体使用寿命；而且能够为个性化医学用品的设计与制造提供新的手段，对提高植入体的成功率有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，特别是一种利用选区激光熔化技术制备生物材料的方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

目前在硬组织替换等医学领域方面应用最广的金属材料是钛及钛合金；但是致密Ti6Al4V的弹性模量(约105Gp)明显高于人骨弹性模量(1-30GPa)，容易导致移植体与宿主骨之间因载荷传递不协调导致“应力屏蔽”现象，缺少机械刺激会导致骨组织萎缩和植入体松弛，最终导致植入体的松动和断裂。而多孔钛合金的孔隙结构可以极大的降低钛合金的弹性模量，并且其结构有利于骨组织的长入与细胞黏附。因此人们开始把制备钛合金多孔结构作为研究的重点。

制备多孔材料的方法较多，常见的有粉末烧结法、浆料发泡法、微波烧结法、纤维烧结法等。文献(李毓轩,崔振铎,杨贤金,朱胜利.多孔Ti-Nb-Zr合金的孔隙特征与力学性能[J].功能材料，2011，42(S1):92-95.)通过粉末烧结的方法制备多孔钛合金探究了造孔剂对孔隙特征的影响，但是其在烧结过程中容易带入C、O等杂质，且孔的工艺参数需要经过较多的实验进行确定，过程复杂；浆料发泡法制备出的多孔钛合金孔隙率高，但是在制备工程中难以控制气泡的大小，导致内部缺陷较多，易产生裂纹。微波烧结法虽然能耗低，但是其无法制备精密、复杂的零件。同样纤维烧结法制备的多孔结构也存在尺寸限制较多，成本较高的缺点。

专利CN103805797A的发明公开了一种医用钛合金的制备方法，该方法通过裁片，层叠和真空扩散连接，易于实现连续性工业化生产的特点，但是该方法难以实现精准化控制结构的孔隙率，且制样单一，且对力学性能的改善并未提及。专利CN106756238B的发明使用真空烧结炉所制备的医用多孔钛合金虽然其合金的抗压强度与弹性模量贴合人骨，但是制备工艺复杂，且孔径与孔隙率无法准确控制。

发明内容

本发明针对目前植入体存在的应力屏蔽问题，提供了一种多孔钛合金生物材料的制备方法；目前在于降低植入物的弹性模量，解决因为由于植入体弹性模量过高而产生的力学性能不匹配而导致植入失败问题。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种医用多孔钛合金植入体的制备方法，所述医用多孔钛合金从顶部到底部为正六边形通孔，规则排列，单元结构边长为0.4-0.7mm，壁厚为0.2-0.3mm；孔隙大小可以任意调控；

所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将三维建模软件设计的模型导出为STL格式文件，用切片软件将STL三维模型切片，拷出。

(2)按步骤(1)所得的切片模型导入到选区激光熔化设备中，并将Ti6Al4V粉末放置在设备粉盒中，封闭设备的腔室并开始抽气，然后充入高纯氩气，电子束在高纯氩气气氛下进行选择性熔化；待电子束在一层扫描结束后，进行铺粉；一层一层冶金成型直至结构成型，完成打印。

(3)将步骤(2)所得的多孔结构在充满高纯氩气气氛下冷却至室温后去除，得到多孔钛合金试样。

(4)将步骤(3)所得到的多孔结构放置在烧杯中，在烧杯中倒入酒精没过试件，然后放置在超声波清洗仪中经行清洗，然后更换酒精，反复5-6次，将多余粉末完全去除，清洗完成后取出，即可得到医用多孔钛合金生物材料。