一种磁性陶瓷骨支架及其3D打印装置和制造方法

本发明涉及一种支架，尤其是涉及一种磁性陶瓷骨支架及其3d打印装置和制造方法。

背景技术：

1、骨支架现已广泛应用于医疗领域，尤其用于组织工程。它具有较好的生物相容性，可用于支持和促进细胞生长、组织再生和药物释放。使用骨支架对受损组织进行修复，是替代自体组织移植等传统治疗方法的新型治疗方案。然而传统的骨支架多为一体化制造，其尺寸较大并不适用于微创手术。另一方面用于制造骨支架的多材料3d打印机在打印过程中更换料槽打印时其清洁打印件的效率较低且效果较差，骨支架结构为便于新骨的生成其结构多为多孔结构，传统方法难以清理其内部孔道内的残余浆料，这会污染料槽内的材料导致最终生产出来的骨支架的质量较差。

2、因此，需要一种磁性陶瓷骨支架及其3d打印装置和制造方法，在手术时能够通过外磁场操控实现磁性陶瓷骨支架的体内组装，可应用于微创手术，同时其本身所带有的磁性也可以刺激组织再生，加快组织修复时间。该装置能够实现磁性陶瓷骨支架的多材料3d打印，同时在打印过程中具有更高效的清洗方式又能保证支架的打印质量与打印效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种磁性陶瓷骨支架及其3d打印装置和制造方法。为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

2、一种磁性陶瓷骨支架，所述磁性陶瓷骨支架由若干个单体组成，每个所述单体由磁性单元1和非磁性单元2组成，所述非磁性单元2包裹于磁性单元1外部；

3、所述磁性单元1通过产生磁性吸引力使所述单体与和其相邻的单体磁性连接；

4、所述单体通过其内部的所述磁性单元1，能在外加磁场作用下调整所述单体的空间位置。

5、优选的，制备所述磁性单元1的原材料为磁性陶瓷浆料，所述磁性陶瓷浆料为混合物，由以下成分组成：磁性材料、陶瓷材料、水凝胶和光敏树脂；制备所述非磁性单元2的原材料为陶瓷浆料，所述陶瓷浆料为混合物，由以下成分组成：陶瓷材料、水凝胶和光敏树脂。

6、优选的，所述磁性陶瓷浆料中磁性材料的质量百分比含量为10％～30％、陶瓷材料的质量百分比含量为15％～20％、水凝胶的质量百分比含量为15％～20％；所述陶瓷浆料中陶瓷材料的质量百分比含量为20％～35％，水凝胶的质量百分比含量为20％～35％。

7、优选的，所述磁性材料为铁磁性材料；所述陶瓷材料为具有生物活性的以下材料中的任意一种或多种组合：钙镁磷酸盐、硅酸钙和羟基磷灰石；所述水凝胶为具有生物相容性的以下材料中的任意一种或多种组合：甲基丙烯酸化明胶、甲基丙烯酸化海藻酸钠。

8、优选的，所述磁性单元1为孔隙率为30％～70％，孔径为300μm～500μm的多孔结构，所述磁性单元1的厚度为2mm～3mm；所述非磁性单元2为孔隙率为30％～70％，孔径为300μm～500μm的多孔结构，所述非磁性单元2的厚度为3mm～5mm。

9、本发明还提供一种磁性陶瓷骨支架3d打印装置，用于制造所述的磁性陶瓷骨支架，所述磁性陶瓷骨支架3d打印装置包括机座3，机架4，清洁模块9，成形模块14，载料模块19，刮刀5和紫外线光机20；所述机架4固定安装在所述机座3上，所述机架4内侧设置有竖直方向滑槽6，所述清洁模块9固定安装在所述机架4上，所述成形模块14通过所述竖直方向滑槽6设置在机架4上，所述成形模块14位于所述清洁模块9正下方，所述载料模块19安装在机架4上且位于所述成形模块14的下方，所述刮刀5安装在机架4上位于竖直方向滑槽6与载料模块19之间，所述紫外线光机20固定安装在所述机座3上且位于所述载料模块19下部。

10、优选的，所述清洁模块9包括清洁仓7和加热风机8；所述清洁仓7固定安装在所述机架4上，所述加热风机8固定安装在所述清洁仓7的内壁。

11、优选的，所述成形模块14包括滑块装置10，翻转机构11，旋转机构12和成形平台13；所述滑块装置10安装在所述机架4内侧的竖直方向滑槽6上，所述翻转机构11安装在所述滑块装置10上，所述旋转机构12安装在所述翻转机构11上，所述成形平台13安装在所述旋转机构12上。

12、优选的，所述载料模块19包括陶瓷浆料料槽15，清洗槽16，磁性陶瓷浆料料槽17和转盘机构18；所述陶瓷浆料料槽15，清洗槽16和磁性陶瓷浆料料槽17呈品字形安装在所述转盘机构18上，所述转盘机构18安装在所述机架4上。

13、本发明还提供一种磁性陶瓷骨支架的制造方法，采用所述的磁性陶瓷骨支架3d打印装置，用于制造所述的磁性陶瓷骨支架，包括以下步骤：

14、1)获取患者骨缺损的损伤形状及尺寸，根据患者骨缺损的损伤形状及尺寸和手术创口大小来确定所述单体的数量、形状及尺寸，构建所述单体的三维模型，将所述三维模型利用分层软件进行分层切片处理后输入磁性陶瓷骨支架3d打印装置；

15、2)在载料模块19的陶瓷浆料料槽15，清洗槽16和磁性陶瓷浆料料槽17中分别加入陶瓷浆料，pbs缓冲液和磁性陶瓷浆料后开始打印；

16、3)每层打印完毕后滑块装置10带动成形平台13上升一个层厚的高度，随后成形平台13下方的料槽旋转一周；

17、当需要更换料槽打印时转盘机构18转动，将清洗槽16移动到成形平台13正下方，随后成形平台13下降使打印件完全浸入清洗槽16后，旋转机构12启动使成形平台13带动打印件旋转对打印件进行清洗，清洗完成后旋转机构12停止，翻转机构11翻转成形平台13使成形平台13上的打印件朝上，随后滑块装置10带动成形平台13上升，当成形平台13完全进入清洁仓7后停止上升，此时加热风机8与旋转机构12同时启动，对打印件同时进行甩干操作和烘干操作，之后转盘机构18转动使下一步打印所对应的料槽转到成形平台13正下方，随后滑块装置10带动成形平台13下降，翻转机构11翻转成形平台13使成形平台13上的打印件朝下继续进行打印操作，直到所述单体打印完毕；

18、4)将多个所述单体磁性连接，当多个所述单体全部连接完成后得到磁性陶瓷骨支架，所述磁性陶瓷骨支架的形状及尺寸与患者骨缺损的损伤形状及尺寸一致。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

20、本发明可以制造一种磁性陶瓷骨支架，该支架具有磁性单元和非磁性单元结构，可根据实际磁性强弱的需求改变磁性单元的孔隙率大小和四氧化三铁所占质量百分比。其不但具有传统骨支架生物相容性高的优点，同时其还具有磁性，不仅可以刺激骨组织再生，还可以在进行手术时，通过在患者体外施加外磁场以操控实现体内组装磁性陶瓷骨支架的效果。此外，也可以在手术前或手术时根据患者骨缺损形状在患者体外进行现场组装，然后植入患者体内。磁性陶瓷骨支架的结构也可以根据患者骨缺损形状进行个性化设计，以确保组装的精准度和适配性，其形状可以是三角形，多边形，圆形等。同时，磁性陶瓷骨支架的组装形状也可以根据患者骨缺损形状个性化定制组装。

21、本发明的装置通过清洗槽与旋转机构的配合解决了传统多材料3d打印机在打印多孔结构的骨修复支架时清洗效果较差的问题，通过旋转机构高速旋转对孔道内残留的浆料进行高效清理，本装置的清洁仓可对清洗后的骨修复支架进行甩干操作与风干操作，进一步对多孔结构骨修复支架的孔道内残留溶液进行清理并加快其孔道内和表面溶液的蒸发，可大幅缩减下一次打印的等待时间，提高了生产效率。