专利名称：一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于骨组织工程支架模具领域，特别涉及一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具。
背景技术：
骨组织工程在解决临床骨缺损这一棘手问题上具有许多优势，今年来引起众多关注。支架材料是骨组织工程的重要组成部分，是骨组织工程研究的关键问题之一。目前，碳纤维/聚合物骨组织工程所用的支架大多是二维的，几层碳纤维堆叠起来，模具可以承受垂直方向上的压力，但往往人体骨头的受力较复杂，当支架受到剪切力时，碳纤维与聚合物可能产生分层，严重时可能导致支架散架，影响支架的使用寿命以及稳定性。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，该模具的制作简单，尺寸稳定性好，可普遍应用于碳纤维/聚合物骨组织工程支架的浇铸，以改善支架的稳定性和抗冲击性能。本实用新型的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，包括无盖外盒、水平纤维框、垂直位置固定板、垂直纤维支撑板和垂直纤维板，所述的水平纤维框通过插槽与垂直位置固定板固定连接，垂直位置固定板通过插槽与垂直纤维支撑板固定连接，垂直纤维支撑板通过插糟与垂直纤维板固定连接；所述的水平纤维框、垂直位置固定板、垂直纤维支撑板和垂直纤维板均位于无盖外盒内。所述的水平纤维框之间相互平行，且间距相等；所述的垂直位置固定板的平面与水平纤维框的平面垂直，且垂直位置固定板的平面与水平纤维框不开槽边的边线平行。所述的垂直纤维支撑板与垂直位置固定板相互垂直，同时垂直纤维支撑板与垂直纤维板也相互垂直。所述的垂直纤维板之间相互平行，间距相等，且垂直于水平纤维板。水平纤维框的中间开有一个方形框。所述的水平纤维框、垂直位置固定板、垂直纤维支撑板和垂直纤维板的材料均为薄木板或均为胶片。本实用新型的碳纤维/聚合物骨组织工程用三维支架模具在二维模具的基础上进行改进。初期使用铁皮开槽衔接构成一个三维立体支架模具，但由于铁皮不易开槽且槽的尺寸不易精确控制，得到的模具稳定性不好，边与边之间的结合不紧密。所以改用厚度为
0.6mm的木板拼接，木板的尺寸稳定性较好，可以得到满足实验要求的规则的三维模具。以做一个20mmX 20mmX 20mm的三维支架为例。在PLGA中嵌入碳纤维进行增强,将碳纤维编织成20mmX 20mm，在模具的每一层放上编制好的碳纤维布，共4层，再在模具的上下顶端编织一定数量的沿Z轴碳纤维，最后将配置好的PLGA浇筑到模具中。具体的设计结构为:将厚度为0.6mm的木板裁剪成2cmX2cm的规格,左右两边2.5mm处向里开一个深度为2.5mm的槽，这是平面承载的一部分。为了保证每层碳纤维分布均匀，竖直方向上的四块木板上的开槽间距要保持一致，且槽深度与平面上的木板的槽深度要一致，才能保证结构的稳定。最关键的一步是在竖直方向上的木板顶端与底部的中点处各开一个深度为2.5mm的槽，开好后插上长2cm宽0.5cm的木板。再将左右两部分拼接起来，这样就组装成了一个三维立体支架模具。用的时候先将编织好的碳纤维布铺在每一个平面上，再从顶端的木板往底端牵引碳纤维，粘结。最后将聚合物浇铸到模具中。这种碳纤维的排布方式可以抵抗来自各个方向上的压力以及剪切力，可以使整个支架的强度以及抗冲击性增强。本实用新型可以选用形变量较小，较稳定的薄木板，也可以选用胶片(比如废弃的X光片)，包含但不限于这两种材料。本实用新型的支架模具在进行碳纤维的粘贴过程中能保证各个方向上的碳纤维都是均匀等距的，同时不同方向上的彼此垂直。本实用新型的水平纤维框的中间开有一个方形框，框的大小根据要求制定的支架的尺寸进行调整，以适应搭载的纤维的数量；本实用新型的支架模具在二维的基础上进行扩展延伸，将碳纤维排列成三维有序的网格结构，实现对支架力学性能的提升。在二维排列的碳纤维骨组织工程支架模具的基础上，增加了竖直纤维支撑板，与事先排列好的二维结构共同工程三维立体支架，实现对纤维排布方式的设计。选用厚度为0.6mm的木板拼接，木板的尺寸稳定性较好，可以得到满足实验要求的规则的三维模具。在聚合物中嵌入碳纤维进行增强，将碳纤维排列成网格状，在模具的每一层固定编制好的碳纤维网格结构，再在模具的上下顶端穿插一定数量的沿Z轴碳纤维，最后将配置好的聚合物浇铸到模具中。有益效果:(I)与二维模具相比，本实用新型的模具得到的支架的强度以及抗冲击性能会有所提高，另外，除了采用木板，还可以选用尺寸大小更容易控制的胶片制作模具。(2)本实用新型的模具制作简单，尺寸稳定性好，可普遍应用于碳纤维/聚合物骨组织工程支架的浇注。
图1为三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具示意图；图2为三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具的三视图，其中a为主视图，b为左视图，c为俯视图；图3为垂直位置固定板示意图；图4为垂直纤维支撑板示意图；图5为垂直纤维板示意图；图6为水平纤维框示意图；图7为无盖外盒示意图；其中1-无盖外盒，2-水平纤维框，3-垂直位置固定板，4-垂直纤维支撑板，5-垂直纤维板,6-方形框。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1以下通过具体的操作方法对本实用新型作进一步的说明，按照附图所示的结构将各部件进行组装。所述的水平纤维框2的尺寸为20mmX 20mm，其中方形框的尺寸为IOmmX 10mm，槽口均宽0.60mm，深2.50臟，各槽口距离水平纤维框边缘2.20mm。所述的水平纤维框为4层，垂直位置固定板为4块，垂直纤维支撑板为4块，垂直纤维板为8块。所述垂直位置固定板3的尺寸为20mmX5mm,其中所述的槽口均宽0.60mm,深
2.50mm,槽 口 间距为 1.40mm。所述的垂直纤维支撑板4的尺寸为20mmX5mm,其中槽口均宽0.60mm,深2.50mm,槽口间距为1.40mm，下放两槽口之间的距离为14.40mm。所述的垂直纤维板5的尺寸为20mmX5mm，其中槽口均宽0.60mm，深2.50mm，两槽口之间的距离为14.40mm。取4片水平纤维框2，在上面黏贴纤维形成XOY平面纤维网络，然后将其插入4片垂直位置固定板3，确定横向4层纤维的间距。接着在4片垂直位置固定板3两侧的插槽插入4片垂直纤维支撑板4。垂直纤维支撑板4是用来固定垂直纤维板5的，如附图1所示；将水平纤维框2、垂直位置固定板3、垂直纤维支撑板4和垂直纤维板5组装起来后，放入金属的无盖外盒I中，最后将纤维沿Z轴方向先一端粘于顶部的垂直纤维板5，再穿过下面4层纤维平面，使其另一端粘结于底部的垂直纤维板5。
权利要求1.一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:该支架模具包括无盖外盒(I)、水平纤维框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纤维支撑板(4)和垂直纤维板(5)，所述的水平纤维框(2)通过插槽与垂直位置固定板(3)固定连接，垂直位置固定(3)板通过插槽与垂直纤维支撑板(4 )固定连接，垂直纤维支撑板(4 )通过插糟与垂直纤维板(5 )固定连接；所述的水平纤维框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纤维支撑板(4)和垂直纤维板(5)均位于无盖外盒(I)内。
2.根据权利要求1所述的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:所述的水平纤维框(2)之间相互平行，且间距相等；所述的垂直位置固定板(3)的平面与水平纤维框(2 )的平面垂直，且垂直位置固定板(3 )的平面与水平纤维框(2 )不开槽边的边线平行。
3.根据权利要求1所述的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:所述的垂直纤维支撑板(4)与垂直位置固定板(3)相互垂直，同时垂直纤维支撑板(4)与垂直纤维板(5)也相互垂直。
4.根据权利要求2或3所述的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:所述的垂直纤维板(5)之间相互平行，间距相等，且垂直于水平纤维板(2)。
5.根据权利要求1所述的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:水平纤维框(2)的中间开有一个方形框(6)。
6.根据权利要求1所述的一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，其特征在于:所述的水平纤维框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纤维支撑板(4)和垂直纤维板(5)的材料均为薄木板或均为胶片。
专利摘要本实用新型涉及一种三维排列的碳纤维/聚合物骨组织工程支架模具，包括无盖外盒、水平纤维框、垂直位置固定板、垂直纤维支撑板和垂直纤维板，所述的水平纤维框通过插槽与垂直位置固定板固定连接，垂直位置固定板通过插槽与垂直纤维支撑板固定连接，垂直纤维支撑板通过插糟与垂直纤维板固定连接；所述的水平纤维框、垂直位置固定板、垂直纤维支撑板和垂直纤维板均位于无盖外盒内。与二维模具相比，本实用新型的模具得到的支架的强度以及抗冲击性能会有所提高，另外，除了采用木板，还可以选用尺寸大小更容易控制的胶片制作模具，本实用新型的模具制作简单，尺寸稳定性好，可普遍应用于碳纤维/聚合物骨组织工程支架的浇铸。
文档编号B29C70/36GK202965000SQ20122066075
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者吴琪琳, 史燕妮, 张铭远, 李丽, 沈世敏 申请人:东华大学