一种用于3d打印人造骨材料及其应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于3D打印人造骨材料，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、非金属粉末 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】
一种用于3D打印人造骨材料及其应用方法
技术领域
[0001]本发明涉及3D打印材料领域，具体涉及一种用于3D打印人造骨材料。
【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] 随着3D打印技术的发展和应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素 之一，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。
[0004] 目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材 料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也 在3D打印领域得到了应用。
[0005] 随着3D打印技术的发展，其应用范围越来越广泛，特别是在医用领域。3D打印 的医学应用很多，主要是复杂的骨科和牙科手术。目前制约3D打印普及的主要因素是其 昂贵的打印材料和强度。在人造骨的接合部中，特别容易接合活动以及体内各种介质和不 同温度的影响，尤其是人造骨在人体内的重量要与人体的骨力的单位重量相差水大的情况 下，所导致材料的应力下降，从而导材料的疲劳和磨损，甚至会出现脆断。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于3D打印人造骨 材料及其应用方法。
[0007] 技术方案:为实现上述目的，本发明提供的一种用于3D打印人造骨材料，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 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0008] 进一步地，所述聚碳酸酯处于融熔态。
[0009] 上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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。
[0010] 进一步地，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。
[0011] 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，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 提尚了材料的应力。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0013] 实施例1: 一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末60份 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0014] 上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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。
[0015] 实施例2: 一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末40份 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0016] 上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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3: 一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末50份 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0018] 上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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4: 一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末45份 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0020] 上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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] 实施例5: 一种用于3D打印人造骨材料，所述材料按重量份计由如下组分组成： 生物金属粉末55份 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。
[0022]上述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，包括以下步骤： 1) 按照重量份比取生物金属粉末、非金属粉末、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。
[0023] 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结合良好，无其他 副作用，且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面上常用的普通的人造骨，从表中可看出，实施例1~5的杨氏模量 大大低于对比例，防疲劳和断裂能力大大增加。
[0024] 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. 一种用于3D打印人造骨材料，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 非金属粉末 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Ti-6Al-4v;所述非金属粉末为纳米陶瓷粉。2. 根据权利要求1所述的用于3D打印人造骨材料，其特征在于：所述聚碳酸酯处于 融熔态。3. -种根据权利要求1~2所述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，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、非金属粉末、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。4. 根据权利要求3所述的用于3D打印人造骨材料的应用方法，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500-800°C烧结。
【文档编号】A61L27/42GK105963788SQ201610439554
【公开日】2016年9月28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