一种基于3D打印的生物活性多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109095917A(43)申请公布日2018.12.28(21)申请号201811048802.4(22)申请日2018.09.10(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人曾勇郭晋(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.C04B35/447(2006.01)C04B35/622(2006.01)B33Y50/00(2015.01)B33Y70/00(2015.01)B33Y10/00(2015.01)C04B38/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种基于3D打印的生物活性多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷的制备方法(57)摘要一种3D打印有生物活性的多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷的制备方法，属于3D打印技术及生物陶瓷、医疗应用领域。DLP(数字光固化)3D打印技术具有成型速度快，打印模型精度高，成本低廉等优势。本发明是通过以下软件和装置实现的。使用Solidworks设计并优化三维模型，将模型导入Q3DP软件进行切片，按照特定的比例配制浆料并进行球磨，将浆料倒入到BESK打印机树脂槽中开始打印，打印完成后的坯体再放入中号炉中按照特定的参数进行脱脂和烧结，最终得到力学性能优异，具有压电性能、生物相容性好的多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合生物陶瓷。CN109095917ACN109095917A权利要求书1/1页1.一种基于3D打印的生物活性多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷的制备方法，其特征在于：应用如下软件、材料及设备，包括三维建模软件、有限元分析软件、粒径尺寸≤10μm的钛酸钡粉末，粒径尺寸≤10μm的羟基磷灰石粉末，蔗糖、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡络烷酮、405nm波段光敏树脂，3D打印机，球磨机，烧结炉；包括如下步骤：1)使用三维建模软件设计多孔结构，根据有限元分析软件的力学模拟结果对多孔结构进行调整，得到85％-90％的孔隙率的多孔结构模型；2)打印浆料配置：15wt％的钛酸钡粉末、25wt％的羟基磷灰石粉末、4wt％的蔗糖为粘结剂，5wt％的聚丙烯酰胺作为分散剂，3wt％聚乙烯吡络烷酮作为光引发剂，48wt％405nm波段光敏树脂，搅拌混合后进行球磨处理；球磨参数，球料比设置为10:1，转速设置为400r/min，时间设置为24h；3)进行3D打印，首先将打印模型数据导入到与打印机配套设计的Q3DP软件中，调整参数并对模型进行切片，调平后开始打印；4)打印完成后，使用酒精清理打印完成后的坯体，将洗净的坯体放置在中号烧结炉中进行脱脂和烧结工作，烧结完成后得到致密的羟基磷灰石/钛酸钡陶瓷成品；脱脂环节升温温度为1000℃，升温速率为1℃/min，保温时间为4h，降温速率为2℃/min；烧结环节升温温度为1400℃，升温时间为2℃/min，保温时间为2h，降温速率为2℃/min。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：三维建模软件是：Solidedge、Solidworks或AUTOCAD。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有限元分析软件是指ABAQUES有限元分析软件。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所使用的的3D打印机是BESKDLP3D打印机。5.根据权利要求1所述的方法，具体打印参数为导入STL格式的模型，设置切片厚度设置为0.025mm，初始层曝光时间为75s，单层曝光时间为12s，暂停时平台向上位移量设置为200mm。全部参数设置完成后开始打印。2CN109095917A说明书1/3页一种基于3D打印的生物活性多孔羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷的制备方法技术领域[0001]本发明涉及3D打印技术及生物陶瓷、医疗应用领域，特别是使用了DLP(数字光固化)3D打印技术制备了符合人体需要的多孔羟基磷灰石/钛酸钡生物陶瓷。背景技术[0002]生物陶瓷在现阶段属于前端科学研究领域，与传统的金属植入体相比，生物陶瓷与人体的相容性更加优秀。同时，其杨氏模量与人体自然骨接近，远远小于传统的金属植入物，在植入人体后不会产生明显的应力屏蔽现象。传统的生物陶瓷主要是以羟基磷灰石、氧化锆、锆钛酸铅等材料为主，但是这些材料各自都有着一定的不足，比如羟基磷灰石的压电性能十分缺乏，氧化锆的磨损率非常高，锆钛酸铅材料中的铅元素对人体伤害极大。相较而言，羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷在生物活性和压电性能方面都要明显优于传统生物陶瓷，其作为植入体在人体中不会产生毒性副产物伤害人体。同时羟基磷灰石/钛酸钡复合陶瓷优异的压电性能使得其作为骨植入物时能有效地将机械能转化为电能并将信号反馈给神经系统，从而加速植入体与天然骨的愈合，是一种具有广阔应