CN110037813B - 一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3d打印制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3D打印制备方法，涉及金属激光选区熔化(SLM)技术领域。该方法包括将纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末混合，得到纳米ZrO2粉末包覆预设粉末的均匀复合粉末；预设粉末与纳米ZrO2陶瓷粉体在能量振荡下混合，用于打破纳米ZrO2陶瓷粉体间的范德华力；将均匀复合粉末与钛合金粉末混合后进行3D打印。该方法可兼具优良的人体相容性和综合力学性能，材料利用率高，使通过该打印方法得到的制件精度高，致密度高，耐蚀抗磨性能好。预设粉末可是镍、钴等与钛合金形成固溶的金属粉末。同时，通过调整纳米ZrO2陶瓷粉体的用量，设计植入体表面的微观结构，还可定制不同力学性能的制件。
Description
技术领域
本发明涉及金属激光选区熔化(SLM)技术领域，且特别涉及一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3D打印制备方法。
背景技术
3D打印技术是快速成型技术的一种，是一种增材制造技术，综合了计算机科学、精密制造技术、材料科学、激光电子束等诸多方面的前沿技术。它采用离散—堆积原理，利用CAD/CAM创建三维模型，再用切片软件切片，逐层打印叠加，最终整体成型。该技术制件精度高、制件致密度高、材料利用率高，是未来材料成形技术的发展方向之一。
近年来，3D打印技术在医疗领域的应用越来越广泛，主要包括普通外科、口腔外科、肿瘤外科、假体、器官移植以及医学教学等方面。成形方法主要有：选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)、立体光刻技术(Stereolithography)、熔化沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)等。其中，激光选区熔化(SLM)制备的牙科、骨科材料综合力学性能良好，相互匹配性优异，正受到国内外学者的广泛关注。
研究表明，钛合金具有良好的力学性能和生物相容性，在当前的医学骨科、牙科领域应用极为广泛，是最常见的骨植入体和牙植入体材料。而ZrO2陶瓷具有耐磨性良好、生物相容性优于各种金属合金等优点，是一种理想的钛基氧化锆复合材料医疗植入体材料，选用钛合金和氧化锆陶瓷两种材料组成的复合材料3D打印骨科、牙科植入体，可兼具优良的力学性能、生物相容性。但钛合金与氧化锆界面反应困难，润湿性差的特性限制了其发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，该方法利用钛基氧化锆复合材料打印钛基氧化锆复合材料医疗植入体，可以兼具优良的人体相容性和综合力学性能，材料利用率高，使得通过该打印方法得到的制件精度高，致密度高，耐蚀抗磨性能好。同时，通过改变植入体微观结构和纳米ZrO2陶瓷粉体的含量还可定制不同力学性能的制件。
本发明的另一目的在于提供一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，该钛基氧化锆复合材料医疗植入体通过上述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。因此，该钛基氧化锆复合材料医疗植入体的精度、致密度高，耐蚀抗磨性好，兼具人体相容性和优良的综合力学性能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其包括：
将纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末混合，得到纳米ZrO2粉末包覆预设粉末的均匀复合粉末；其中，能量振荡下混合是用于打破纳米ZrO2陶瓷粉体间的范德华力；
将均匀复合粉末与钛合金粉末混合后进行3D打印。
本发明提出一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其通过上述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。
本发明实施例的钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3D打印制备方法的有益效果是：
本发明的实施例提供的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法包括将纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末混合，得到纳米ZrO2粉末包覆预设粉末的均匀复合粉末；其中，预设粉末与纳米ZrO2陶瓷粉体在能量振荡下混合，用于打破纳米ZrO2陶瓷粉体间的范德华力；将均匀复合粉末与钛合金粉末混合后进行3D打印。该方法加入了镍或钴等预设粉末，使其与氧化锆陶瓷都能形成较好的浸润与连接，可作为过渡金属，降低二者结合难度，从而可提高材料的致密度，制备得到精度与致密度较高的制件。同时，该方法利用钛基氧化锆复合材料打印钛基氧化锆复合材料医疗植入体，可以兼具优良的人体相容性和综合力学性能，材料利用率高。通过该打印方法得到的制件精度高，致密度高，耐蚀抗磨性能好。并且，通过改变植入体微观结构和纳米ZrO2陶瓷粉体的含量还可定制不同力学性能的制件。
本发明的实施例还提供了一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，该钛基氧化锆复合材料医疗植入体通过上述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。因此，该钛基氧化锆复合材料医疗植入体的精度和致密度高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的钛基氧化锆复合材料医疗植入体及其3D打印制备方法进行具体说明。
一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其包括：
将纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末混合，得到纳米ZrO2粉末包覆预设粉末的均匀复合粉末；其中，预设粉末与纳米ZrO2陶瓷粉体在能量振荡下混合，用于打破纳米ZrO2陶瓷粉体间的范德华力；
将均匀复合粉末与钛合金粉末混合后进行3D打印。
详细地，在本发明的实施例中，该方法利用钛基氧化锆复合材料打印钛基氧化锆复合材料医疗植入体，可以兼具优良的人体相容性和综合力学性能，材料利用率高。在制备过程中还加入了预设粉末，例如镍和钴，其与氧化锆陶瓷都能形成较好的浸润与连接，可作为过渡金属，降低二者结合难度，从而可提高材料的利用率，制备得到精度与致密度较高的制件。同时，人体骨的弹性模量为35GPa，而通过该方法制备得到的制件的力学匹配性能是通过植入体的微结构设计和调控纳米氧化锆的含量实现的，因此可完美地弥补现有技术的不足，通过改变植入体微观结构和纳米ZrO2陶瓷粉体的含量还可定制不同力学性能的制件。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，预设粉末为镍粉或钴粉；
且当预设粉末为镍粉时，均匀复合粉末为纳米ZrO2粉末包覆镍粉的复合粉末，当预设粉末为钴粉时，均匀复合粉末为纳米ZrO2粉末包覆钴粉的复合粉末。
详细地，在本发明的实施例中，镍和钴是β相钛的形成元素，能够与钛无限固溶，形成β相钛合金，并且镍或钴与ZrO2陶瓷都亦能形成较好的浸润与连接，可提高钛合金与陶瓷的连接强度。当然，在本发明的其他实施例中，预设粉末还可以为其他能提供相同作用的粉末，本发明的实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，钛合金粉末、纳米ZrO2陶瓷粉体以及预设粉末的质量百分数分别为55～89％、10～40％、1～5％。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，钛合金粉末的粒度为15～50μm，纳米ZrO2陶瓷粉体的粒度为45～90nm，的预设粉末的粒度为15～45μm。钛合金粉末是以β相钛合金为主，当其粒度在15～50μm时，具有人体相容性好、密度低、强度高等特性。纳米ZrO2陶瓷粉体是含有稀土氧化物增韧TZP陶瓷，当其粉体粒度在45～90nm之间时，人体相容性好、耐磨性抗腐蚀性能优良。当然，在本发明的其他实施例中，各粉末粒度的大小还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末在超声能量振荡下混合，形成的均匀复合粉末为球形包覆粉末。根据需要提供的振荡能量也可以是其它形式，例如电磁振荡，本发明实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，3D打印具体包括：
建立制件三维模型，设计三维模型微结构；
用切片软件获得每层平面模型；
在3D打印设备中从下至上打印出每层平面模型；
将每层平面模型堆积后得到制件。
详细地，由于人体骨弹性模量大致在35GPa左右，因此，本发明的实施例中，可通过改变植入体微观结构和纳米ZrO2陶瓷粉体含量调整其力学性能。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，每层平面模型的厚度均为20～30μm。当然，在本发明的其他实施例中，每层平面模型的厚度还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，对制件在Ar气保护和温度850～950℃炉中进行扩散退火处理，时间1.5～4h。
一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其通过上述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。该钛基氧化锆复合材料医疗植入体通过上述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。因此，该钛基氧化锆复合材料医疗植入体的精度和致密度高。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其通过以下方法制备得到：
S1：取质量百分比分别为87％、10％、3％的钛合金粉末、纳米ZrO2陶瓷粉体、镍粉，其中，纳米ZrO2陶瓷粉体粒度为45～90nm，镍合金粉末粒度为15～45μm，钛合金粉末粒度为10～50μm；
S2：将纳米ZrO2陶瓷粉体与少量镍粉按比例混合，用超声振荡方法打破纳米粉间范德华力，形成均匀复合粉末；再将该复合粉末与钛基合金粉末按比例均匀混合，置入3D打印工作室内；
S3：建立制件三维模型，利用切片软件得到每一层平面模型，每层层厚为20μm；
S4：启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降20μm，开始第二分层截面图形打印，重复该过程，不断堆积获得制件；
S5：将打印出的制件移动到加热炉中，炉内有Ar气体保护，采用退火处理，温度为850℃，时间1.5h，完成制件的制备。
实施例2
本实施例提供了一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其通过以下方法制备得到：
S1：取质量百分比分别为75％、20％、5％的钛合金粉末、纳米ZrO2陶瓷粉体、镍粉，其中，纳米ZrO2陶瓷粉体粒度为45～90nm，镍粉粒度为15～45μm，钛合金粉末粒度为15～50μm；
S2：将纳米ZrO2陶瓷粉体与镍粉按比例混合，用超声振荡方法打破纳米粉间范德华力，形成均匀复合粉末；再将该复合粉末与基合金粉末按比例均匀混合，置入3D打印工作室内；
S3：建立制件三维模型，利用切片软件得到每一层平面模型，每层层厚为25μm；
S4：启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降25μm，开始第二分层截面图形打印，重复该过程，不断堆积获得制件；
S5：将打印出的制件移动到加热炉中，炉内有Ar气体保护，采用退火处理，温度为900℃，时间3h，完成制件的制备。
实施例3
本实施例提供了一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其通过以下方法制备得到：
S1：取质量百分分别为83％、15％、2％的钛合金粉末、纳米ZrO2陶瓷粉体、钴粉，其中，纳米ZrO2陶瓷粉体粒度为45～90nm，钴粉和钛合金粉末粒度为15～50μm；
S2：将纳米ZrO2陶瓷粉体与钴粉按比例混合，用超声振荡方法打破纳米粉间范德华力，形成均匀复合粉末；再将该复合粉末与钛合金粉末按比例均匀混合，置入3D打印工作室内；
S3：建立制件三维模型，利用切片软件得到每一层平面模型，每层层厚为30μm；
S4：启动打印程序，激光光斑按照预置的扫描路径完成第一分层截面图形打印，工作台沿Z轴下降30μm，开始第二分层截面图形打印，重复该过程，不断堆积获得制件；
S5：将打印出的制件移动到加热炉中，炉内有Ar气体保护，采用退火处理，温度为950℃，时间3h，完成制件的制备。
对比例1
公开号为CN105256160B名称为“一种陶瓷基镍合金复合材料的3D打印方法”的发明专利申请，公开了一种采用镍合金与ZrO2陶瓷粉体混合后打印制备医用制件，采用的方法是将两种粉末直接混合，打印获得镍合金陶瓷复合材料制件。
该方法，将按比例混合均匀的ZrO2。陶瓷粉体和Ni基合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率100～400W，扫描速度200～600mm/s，光斑直径30～60μm，扫描间距40～70μm，工作室氧浓度<50ppm条件下打印，将3D打印得到的制件在N2气保护和温度800～890℃下退火，时间8～12h。本发明打印的制件材料组织致密可控，力学性能适配，具有优良的耐蚀性能，生产周期短，制作成本低，通过改变Ni60合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。
对比例2
公开号为CN105728722A名称为“一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3D打印方法”的发明专利申请，提出将钛合金粉末与Al2O3、ZrO2陶瓷混合后打印制备生物植入制件。但上述两件专利只有两种材料混合，制备粉末的方法是机械混合，还没有发现3D打印技术通过镍粉或钴粉包覆氧化锆，再与钛合金粉三种材料混合制备钛基氧化锆复合材料钛基氧化锆复合材料医疗植入体的实例。
该方法一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3D打印方法：将按比例混合均匀的陶瓷粉体Zr02、A12O3或ZrO2/A12O3和钛合金粉末置于金属3D打印工作室内，在功率200～500W，扫描速度200～600mm/s，光斑直径30～60μm，扫描间距40～70μm，工作室氧浓度<50ppm条件下打印，将3D打印得到的制件在Ar气保护和温度950～1050℃下进行等静压或固溶处理，时间1.5～4h。本发明打印的制件材料与人体生物相溶性好，组织致密较差，力学性能不佳，耐蚀抗磨损性能较好，通过改变钛合金在基体材料中的比例，可以调整成形制件的整体强度。
实验例
将实施例提供的方法与对比例提供的方法进行对比可知，本发明与对比例1和对比例2相比的优点是：利用钛基氧化锆复合材料直接打印钛基氧化锆复合材料医疗植入体，医疗植入体通过三种材料混合，尤其是在能量振荡下获得均匀的包覆粉末，可以使打印件陶瓷相分布均匀，致密度高，兼具优良的人体相容性和综合力学性能，耐蚀抗磨性能好，可定制化，其力学匹配性能(人体骨弹性模量35GPa)可通过改变植入体微观结构和纳米ZrO2陶瓷粉体含量调整。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于，其包括：
将纳米ZrO2陶瓷粉体与预设粉末混合，得到纳米ZrO2粉末包覆所述预设粉末的均匀复合粉末；其中，纳米ZrO2陶瓷粉体是含有稀土氧化物增韧TZP陶瓷，且粉体粒度在45～90nm之间；所述预设粉末与纳米ZrO2陶瓷粉体在超声能量振荡或电磁振荡下混合，用于打破所述纳米ZrO2陶瓷粉体间的范德华力；
将所述均匀复合粉末与钛合金粉末混合后进行3D打印；且所述钛合金粉末、所述纳米ZrO2陶瓷粉体以及所述预设粉末的质量百分数分别为55～89％、10～40％、1～5％；
所述预设粉末为镍粉或钴粉；
且当所述预设粉末为镍粉时，所述均匀复合粉末为纳米ZrO2粉末包覆所述镍粉的复合粉末，当所述预设粉末为钴粉时，所述均匀复合粉末为纳米ZrO2粉末包覆所述钴粉的复合粉末。
2.根据权利要求1所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于：
所述钛合金粉末的粒度为15～50μm，所述纳米ZrO2陶瓷粉体的粒度为45～90nm，所述的预设粉末的粒度为15～45μm。
3.根据权利要求1所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于：
所述纳米ZrO2陶瓷粉体包括稀土氧化物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于，所述3D打印具体包括：
建立制件三维模型，设计三维模型微结构；
用切片软件获得每层平面模型；
在3D打印设备中从下至上打印出每层所述平面模型；
将每层所述平面模型堆积后得到所述制件。
5.根据权利要求4所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于：
每层所述平面模型的厚度均为20～30μm。
6.根据权利要求4所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法，其特征在于，还包括：
对所述制件在Ar气保护和温度850～950℃炉中进行扩散退火处理，时间1.5～4h。
7.一种钛基氧化锆复合材料医疗植入体，其特征在于：
所述钛基氧化锆复合材料医疗植入体通过权利要求1至6中任一项所述的钛基氧化锆复合材料医疗植入体的3D打印制备方法制备得到。
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Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN113081396B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-10-21 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种颅骨修复材料及其制备方法 |
| CN114948304A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 中航迈特粉冶科技（北京）有限公司 | 一种烤瓷金属的制备工艺、烤瓷金属以及烤瓷牙 |
| CN116121577B (zh) * | 2023-01-05 | 2024-06-25 | 华侨大学 | 一种共晶陶瓷颗粒增强钛基复合材料及其制备方法、3d激光打印方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1477980A (zh) * | 2000-09-29 | 2004-02-25 | 适用于医疗器件的涂料 | |
| CN101433809A (zh) * | 2008-12-05 | 2009-05-20 | 西北有色金属研究院 | 金属多孔膜管的整体分步多阶段保温烧结工艺 |
| CN105455925A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-06 | 佛山市安齿生物科技有限公司 | 一种基于激光选区熔化技术制备骨修补植入物的方法 |
| CN105665697A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-15 | 中山大学惠州研究院 | 一种fdm 3d打印用金属或陶瓷耗材及其制备方法与打印成品方法 |
| CN105817629A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-03 | 青岛三帝生物科技有限公司 | 金属复合材料及其骨植入体的熔融沉积3d打印方法 |
| CN105903967A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-08-31 | 苏州云植医学技术有限公司 | 基于3d打印的纳米氧化锆强韧化钛合金骨科植入物的方法 |
| CN107790720A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-13 | 湖南顶立科技有限公司 | 一种高温合金增材制造方法 |
| CN108213408A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中南大学 | 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法 |
| CN108637250A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-10-12 | 上海康速金属材料有限公司 | 铝合金减重件成型方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100248185A1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | Leite Ricardo Hermelino | Dental pin and use thereof |
| CN105132733B (zh) * | 2015-09-29 | 2017-10-13 | 华中科技大学 | 一种制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法 |
| CN105642879B (zh) * | 2016-01-14 | 2017-08-25 | 鞍山东大激光科技有限公司 | 用于激光3d打印的球形tc4钛合金粉末及其制备方法 |
| CN106435270B (zh) * | 2016-11-15 | 2017-12-01 | 东北大学 | 激光3d打印用tc21钛合金粉末及制备和使用方法 |
| CN107952962B (zh) * | 2017-11-20 | 2019-11-26 | 淮阴工学院 | 一种功能梯度仿生结构钛合金人工植入体及其成形方法 |
| CN108941534A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-07 | 中国地质大学（武汉） | 一种石墨烯强化3d打印用模具钢粉末及其制备方法、应用 |
-
2019
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1477980A (zh) * | 2000-09-29 | 2004-02-25 | 适用于医疗器件的涂料 | |
| CN101433809A (zh) * | 2008-12-05 | 2009-05-20 | 西北有色金属研究院 | 金属多孔膜管的整体分步多阶段保温烧结工艺 |
| CN105455925A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-06 | 佛山市安齿生物科技有限公司 | 一种基于激光选区熔化技术制备骨修补植入物的方法 |
| CN105665697A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-15 | 中山大学惠州研究院 | 一种fdm 3d打印用金属或陶瓷耗材及其制备方法与打印成品方法 |
| CN105817629A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-03 | 青岛三帝生物科技有限公司 | 金属复合材料及其骨植入体的熔融沉积3d打印方法 |
| CN105903967A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-08-31 | 苏州云植医学技术有限公司 | 基于3d打印的纳米氧化锆强韧化钛合金骨科植入物的方法 |
| CN107790720A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-13 | 湖南顶立科技有限公司 | 一种高温合金增材制造方法 |
| CN108213408A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中南大学 | 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法 |
| CN108637250A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-10-12 | 上海康速金属材料有限公司 | 铝合金减重件成型方法 |
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