一种制备多孔生物材料的模具的制作方法

本实用新型涉及一种制备多孔生物材料的模具，属于生物医用材料模具设计技术领域。

背景技术：

多孔生物材料是近年来迅速发展起来的一种具有优异力学性能和良好的生物相容性的新型生物复合材料，是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的复合材料。多孔生物材料一般具有比强度高、低弹性模量、相对密度低、耐腐蚀性好、高容积孔隙率等优点而受到越来越多的医疗工作者和材料工作者的关注，高容积孔隙率可以使大量的骨组织和富含血管的纤维组织向人工假体内部生长，使植入后的假体与宿主骨头产生稳定连接，低弹性模量使假体植入后产生较少的应力集中，有利于正常的生物学应力传导，较高的比强度使植入假体具有较好的承载能力，因此多孔生物材料特别适用于骨替代、关节置换和人体组织填充等领域。

目前，制备多孔生物材料的方法主要有铸造法、粉末冶金法、直接发泡法、金属沉积法、金属空心球法等。其中，金属空心球法是将堆积的空心球或粉末进行高温烧结，通过高温扩散形成冶金结合制备多孔生物材料的方法；直接发泡法是将造孔剂与金属粉末按照一定比例混合，在烧结前或者烧结后通过加热、溶解等方法去除造孔剂，进而获得多孔结构材料，但是这些制备方法制备出的多孔生物材料，其多孔结构是随机的、分布不规律的，且孔隙大都不贯通，呈封闭形式存在，所以如何制备出具有一定规律孔结构、孔隙贯通的多孔生物材料是目前研究的重点。因此我们通过模具设计实现粉末预制胚的定向多孔化，以便于后期的烧结制备获得孔隙贯通且规律的多孔生物材料。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题为：现有金属多孔生物材料烧结用模具在制备金属多孔生物材料时，所得的烧结体孔隙分布不均匀，孔隙之间没有贯通的问题。

本实用新型的目的在于提供一种制备多孔生物材料的模具，包括上压头1、外套2、内套3、下压头4、止位垫片5、螺栓6、加料口7，上压头1和下压头4均为圆盘状，推料压头8和固定压头上对应设有可插入金属针的通孔；上压头1中心部位设有圆柱型的推料压头8，下压头4的圆盘中心有一个用于固定金属针的固定压头；内套3为空心圆柱，由三个角度为120度的弧形板组成，外套2套于内套3外面，用于固定内套3；推料压头8插入内套3的中心腔体部位；金属针贯穿于内套的腔体内，一端穿过下压头4的固定压头，通过止位垫片5支撑，另一端穿过上压头1的推料压头8，止位垫片5位于下压头4的下面，止位垫片5、下压头4用螺栓6固定在内套3上；上压头1上设有3个加料口7，加料口7与内套3的中心腔体连通，三个加料口7之间的夹角为120°。

优选的，本实用新型所述内套3内径（直径）为10mm～25mm；推料压头8的长度为20mm～50mm。

优选的，本实用新型所述金属针的数量为6～28根，金属针直径为2mm～4mm。

优选的，本实用新型所述下压头4的固定压头下方有凹槽，止位垫片5上带有圆形凸台，圆形凸台与定位压头的凹槽相配合。

优选的，本实用新型所述内套3与外套2在装配时有2°的斜度。

本实用新型的使用过程：使用本实用新型提供的粉末压制成型模具时，将内套的三个部分（（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ））装配在一起，用外套把内套固定住，然后将上压头上的推料压头从上面插入内套腔体，将下压头的固定压头从下面插入内套腔体，将实验所需的金属针从下压头固定压头上的圆形通孔处插入，在下压头的中心处用止位垫片托住插入的金属针，防止压制时金属针向下移动，再把止位垫片用螺栓固定在下压头上，金属针贯穿于内套的腔体，然后经过加料口加入金属粉末材料，通过上压头控制推料压头向下移动，即可实现对金属粉末材料的挤压成型；随后将上压头升起，将外套取下，内套拆卸后，即可得到成型后的多孔生物材料烧结预制体。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型用于容纳粉末材料的内套是可拆卸的，在制备完成后，通过拆卸内套，可以实现压制体无脱模力脱模，保证压制体成型完整，无掉边掉角缺陷。

（2）本实用新型通过上下压头的配合以及改变金属针的分布、数量，可以制备出具有一定规律孔隙率且孔隙贯通的多孔生物材料；通过改变内套的内径大小可以控制孔隙的分布情况和容积孔隙率。

（3）本实用新型所述模具使用工艺简单、成本低廉、过程洁净，易于实现工业化生产。

附图说明

图1为多孔生物材料制备模具的整体装配结构图；

图2为整体装配图的俯视图上B-B面的剖面图；

图3为整体装配图的俯视图；

图中：1-上压头；2-外套；3-内套；4-下压头；5-止位垫片；6-螺栓；7-加料口，8-推料压头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

一种制备多孔生物材料的模具，包括上压头1、外套2、内套3、下压头4、止位垫片5、螺栓6、加料口7，上压头1和下压头4均为圆盘状，推料压头8和固定压头上对应设有可插入金属针的通孔；上压头1中心部位设有圆柱型的推料压头8，下压头4的圆盘中心有一个用于固定金属针的固定压头；内套3为空心圆柱，由三个角度为120度的弧形板（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）组成，便于粉末压制后取样，如图3所示；外套2套于内套3外面，用于固定内套3；推料压头8插入内套3的中心腔体部位；金属针贯穿于内套的腔体内，一端穿过下压头4的固定压头，通过止位垫片5支撑，另一端穿过上压头1的推料压头8，止位垫片5位于下压头4的下面，下压头4的固定压头下方有凹槽，止位垫片5上带有圆形凸台，圆形凸台与定位压头的凹槽相配合；止位垫片5、下压头4用螺栓6固定在内套3上；上压头1上设有3个加料口7，加料口7与内套3的中心腔体连通，三个加料口7之间的夹角为120°。所述内套3与外套2在装配时有2°的斜度，在粉末材料压制后退模比较方便，可以得到较完整的多孔生物材料烧结预制体（如图1~3所示）。

本实施例所述内套3内径为25mm；推料压头8的长度为20mm；内套3的推料压头8上的通孔按照中心对称分布，可设计成6孔、12孔、24孔、28孔等孔隙数；金属针直径为3mm；内套3上的圆形通孔按照中心对称分布，可以确保金属粉末材料在压制过程中外部施加的压力能够均衡分布。

实施例2

本实施例的结构和实施例1相同，不同在于内套3内径为20mm；推料压头8的长度为30mm；内套3的推料压头8上的12个通孔按照中心对称分布，插入的金属针可设计直径有2mm、3mm、4mm。在使用本模具进行粉末压制时，插入直径不同的金属针可以得到不同容积孔隙率的多孔生物材料烧结预制体，满足不同的金属粉末烧结需求。

实施例3

本实施例的结构和实施例1相同，不同在于：推料压头8的长度为30mm；内套3的推料压头8上的28个通孔按照中心对称分布，插入的金属针直径位2mm。内套3的可设计内径有10mm、15mm、20mm、25mm；在使用本模具进行粉末压制时，采用不同的内套内径可以得到不同尺寸大小的多孔生物材料烧结预制体，满足不同的金属粉末烧结需求。

实施例4

本实施例的结构和实施例1相同，不同在于：内套3的推料压头8上的6个通孔按照中心对称分布，插入的金属针直径为4mm。内套3的可设计内径有15mm；上压头1上的推料压头可设计长度有20mm、30mm、40mm、50mm；在使用本模具进行粉末压制时，采用不同的推料压头长度可以得到不同尺寸大小的多孔生物材料烧结预制体，满足不同的金属粉末烧结需求。