[发明专利]一种采用三维打印成型制备多孔钽医用植入材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔医用金属植入材料的制备领域，特别是涉及一种采用三维打印成型技术制备多孔医用金属植入材料的方法。

背景技术

多孔医用金属植入材料具有治疗骨组织创伤和股骨组织坏死等重要而特殊的用途，现常见的这类材料有金属不锈钢、多孔金属钛等。作为骨组织创伤和股骨组织坏死治疗使用的多孔植入材料，其孔隙度应达30～80％，而且孔隙最好全部连通与均匀分布，或根据需要孔隙部分连通与均匀分布，使之既与人体的骨组织生长相一致，又减轻了材料本身的重量，以适合人体植入使用。

而难熔金属钽，由于它具有优秀的生物相容性和力学性能，其多孔材料有望作为替代前述等传统医用金属生物材料，成为主要作为骨组织坏死治疗的生物材料。由于金属钽对人体的无害、无毒、无副作用，以及随着国内外医学的飞速发展，对钽作为人体植入材料认知的进一步深入，人们对人体用多孔金属钽材料的需求变得越来越迫切，对其要求也越来越高。其中作为多孔医用金属钽，如果能具有很高的均匀分布连通孔隙以及与人体相适应的物理机械性能，则是保证新生骨组织正常生长的重要连接件构成材料。

目前多孔钽生物材料的制备方法主要有粉末松装烧结法、泡沫浸渍烧结法，浆料发泡法等等，这些方法都需要应用模具。而生物材料最大特点是形状复杂，对微小的细节要求高，因此，对成型技术提出了很高的要求，然而传统的成型技术由于受到模具的限制而无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便快捷、成本低的多孔钽医用植入材料的制备方法。

本发明目的是这样实现的：

一种制备多孔钽医用植入材料的方法，其特征在于：将纯钽粉与成型剂混合后的混合钽粉送入三维打印机的打印平台滚压铺层，三维打印机的打印头喷射粘结剂将所述混合钽粉粘连形成二维平面，工作台下降80～100μm进行下一层的加工，逐层堆积成型，去除未能粘结的钽粉颗粒得到初成型的样品，然后经包括脱脂、真空烧结及冷却等后处理制得多孔钽医用植入材料；所述纯钽粉与成型剂的体积比为60～80∶20～40，成型剂为聚乙烯醇、硬脂酸、硬脂酸锌、石蜡中的一种或多种，所述粘结剂为质量浓度0.5～1.2％的α-氰基丙烯酸乙酯。

采用上述三维打印制得的坯料经脱脂去除粘结剂、成型剂，再经常规烧结、冷却处理可制得完全三维连通的多孔钽医用植入材料、与人体骨组织微观结构相一致，其孔隙率为50％～75％，使该多孔金属植入材料生物相容性、生物安全性好。上述脱脂、烧结等后处理可按常规后处理进行。可以调节三维打印的成型及烧结的工艺参数来控制最终多孔钽的孔隙度等来满足不同的要求，如调控相应工艺参数可制备替代人体承重部位骨组织如股骨、面股等多孔钽植入材料，也可制备替代人体非承重骨组织的多孔钽植入材料。本发明方法中采用的三维打印机是公知的，可根据需要调整成型样品的形状，三维打印机的使用是将设计好的三维模型文件输入到三维打印设备配套软件中进行三维打印，这是本领域常规技术。本发明方法具有设备简单、精度高(50～80μm)，体积小，成本低，工作中无污染，成型速度快等优点。

优选地，上述纯钽粉的粉末粒径为5～20μm，上述成型剂优选为硬脂酸。

具体地说，上述后处理分为以下几个阶段：第一阶段为脱去所加入的成型剂和粘结剂，以1～5℃/min的速率从室温升至400℃，保温30～60min，以0.5～1.5℃/min的速率从400℃升至600～800℃，保温60～120min，真空度保持在10^-3Pa左右；第二个阶段，高温真空烧结阶段，以10～15℃/min的速率升至1200～1250℃，保温30～60min，真空度为10^-4Pa～10^-3Pa；以10～20℃/min的速率升至1500℃，保温30～60min，真空度为10^-4Pa～10^-3Pa，以6～20℃/min的速率升至2000～2200℃，保温120～240min，真空度为10^-4Pa～10^-3Pa；第三个阶段为缓慢冷却热处理阶段，真空度为10^-4Pa～10^-3Pa；以10～20℃/min的速率冷却至1500～1600℃，保温30～60min；以12～20℃/min的速率冷却至1200～1250℃，保温60～90min；以10～20℃/min的速率冷却至800℃，然后随炉冷却。