一种基于钙磷酸盐的3d打印人造骨组合材料及其应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成：生物金属粉末40~60份、钙磷酸盐粉末30~40份、聚碳酸酯20~32份、聚维酮K30 5~8份、烟酸0.5~0.7份、多巴胺0.02~0.1份。本发明提供的人造骨材料不仅强度高，而且通过组分中的多巴胺、烟酸、聚维酮K30与其他材料的作用，使得多骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，能实现与骨骼牢固结合，防止疲劳和磨损，并且本发明提供的材料在不加重单位材质重量的情况下克服了现有材料中在容易接合活动以及体内酸性介质的影响所导致材料的应力下降的技术问题，大大提高了材料的应力。
【专利说明】
一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料及其应用方法
技术领域
[0001]本发明涉及3D打印材料领域，具体涉及一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材 料。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系 统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐 层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方 式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平 面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模 式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便 可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。
[0003] 任何患有关节类疾病的人都能够深切体会到关节损伤所带来的痛苦和不便，对于 严重的关节损伤病人，医生们通常的治疗方法是移除受损的骨组织和软管，并代之以使用 合金或者聚合物制造的人工关节。但是如果这些植入物在几年之后还需要更换的话，病人 的状况会变得更糟，一般来说金属关节只能使用10到15年。虽然也有研究将钙磷酸盐用于 人造骨组合材料，但其制备出来的成品较为脆弱，且与骨组织兼容性不高。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于钙磷酸盐的3D 打印人造骨组合材料及其应用方法。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组 合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末40~60份 钙磷酸盐粉末30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚维酮K30 5~8份 烟酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金属粉末为18-12]1-7〇3-21';[，其中1，7,2为质量百分数，2.3%彡1彡 3.8%，3% 彡 y 彡 5·0%，1·8% 彡 z 彡 3.2%，余量为Mg。
[0006] 进一步地，所述聚碳酸酯处于融熔态。
[0007] 进一步地，所述钙磷酸盐粉末为磷酸钙、磷酸二钙、磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙 中的一种或者多种。
[0008] 上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括以下步骤： 1)按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后在真 空氩气环境500-800°C下得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料 中得到混合浆料； 2)利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0009] 优选地，所述烧结工艺包括空气气氛、氧化气氛、还原气氛或者真空环境下500-800 °C烧结。
[0010] 有益效果:本发明相对于现有技术而言，具备以下优点： 本发明提供的人造骨材料不仅强度高，而且通过组分中的多巴胺、烟酸、聚维酮K30与 其他材料的作用，使得多骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，能实现与骨骼牢固结 合和兼容，防止疲劳和磨损，并且本发明提供的材料在不加重单位材质重量的情况下克服 了现有材料中在容易接合活动以及体内酸性介质的影响所导致材料的应力下降的技术问 题，大大提高了材料的应力。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0012] 实施例1: 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末60份 磷酸二钙 30份 聚碳酸酯 20份 聚维酮K30 5份 烟酸 0.5份 多巴胺 0.02份 所述生物金属粉末为Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z为质量百分数，X为2.3%，y为 3%，z为1.8%，余量为Mg。
[0013] 上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到 混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0014] 实施例2: 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末 40份 钙磷酸盐粉末 40份 聚碳酸酯 32份 聚维酮K30 8份 烟酸 0.7份 多巴胺 0.1份 所述生物金属粉末为Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z为质量百分数，X为3.8%，y为 5%，z为3.2%，余量为Mg。
[0015] 上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到 混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0016] 实施例3: 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末 50份 钙磷酸盐粉末 35份 聚碳酸酯 28份 聚维酮K30 7份 烟酸 0.6份 多巴胺 0.08份 所述生物金属粉末为Mg-xZn-yCa-zTi，其中X，y，z为质量百分数，X为3.5%，y为 4%，z为2.5%，余量为Mg。上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括 以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到 混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0017] 实施例4: 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末45份 钙磷酸盐粉末35份 聚碳酸酯 25份 聚维酮K30 6份 烟酸 0.6份 多巴胺 0.05份 所述生物金属粉末为Mg-xZn-yCa-zTi，其中X，y，z为质量百分数，X为3.3%，y为 4%，z为2.2%，余量为Mg。
[0018] 上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到 混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0019] 实施例5: 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末 55份 钙磷酸盐粉末 38份 聚碳酸酯 28份 聚维酮K30 7份 烟酸 0.6份 多巴胺 0.07份 所述生物金属粉末为Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z为质量百分数，X为2.5%，y为 3.5%，z 为2.6%，余量为 Mg。
[0020] 上述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后得到 混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。
[0021] 上述实施例1~5中，通过模拟实验观察，其材料与人体组织结构兼容良好，无其他 副作用，目.通过霍尔传感器法杨氏模量测量仪测量其杨氏模量，其数据为下表：
本表中的对比例为市_上常用的晋通的人造営，从表中扣宥出，买施例1~5的物氏模量 大大低于对比例，防疲劳和断裂能力大大增加。
[0022] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，其特征在于:所述材料按重量份计由 如下组分组成： 生物金属粉末40~60份 钙磷酸盐粉末30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚维酮K30 5~8份 烟酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金属粉末为18-12]1-7〇3-21';[，其中1，7,2为质量百分数，2.3%彡1彡 3.8%，3% 彡 y 彡 5·0%，1·8% 彡 z 彡 3.2%，余量为Mg。2. 根据权利要求1所述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，其特征在于：所 述聚碳酸酯处于融熔态。3. 根据权利要求1所述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料，其特征在于：所 述钙磷酸盐粉末为磷酸钙、磷酸二钙、磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙中的一种或者多种。4. 一种根据权利要求1~2所述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法， 其特征在于：包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、钙磷酸盐粉末、聚碳酸酯混合搅拌5~10分钟后在真 空氩气环境500-800°C下得到混合融熔浆料，然后将聚维酮K30、多巴胺、烟酸加入上述浆料 中得到混合浆料； 2) 利用具有三维打印设备将配好的浆料打印并固化成三维结构； 3)最后进行排胶处理除去有机成分，并通过电磁波进行烧结，获得所需成分的三维结 构样品。5. 根据权利要求3所述的基于钙磷酸盐的3D打印人造骨组合材料的应用方法，其特 征在于：所述烧结工艺包括空气气氛、氧化气氛、还原气氛或者真空环境下500-80(TC烧 结。
【文档编号】A61L27/00GK106075566SQ201610439591
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】曾伟宏
【申请人】芜湖启泽信息技术有限公司