[发明专利]一种激光烧结制备医用钛合金材料的方法

说明书

本申请公开了一种激光烧结制备医用钛合金材料的方法，该方法包括如下步骤：S1、钛合金粉末表面处理；S2、纳米银悬浊液的制备；S3、纳米银的附着；S4、三维数据的生成；S5、激光烧结增材制造；S6、表面处理。本发明的方法可实现纳米银在激光烧结制备的医用钛合金材料中均匀分布，通过改变表面附着有纳米银的钛合金粉末的用量以及轮廓部的厚度，可实现不同厚度及不同纳米银含量的抗菌层制备，可显著提高医用钛合金材料的抗菌效果。

技术领域

本发明涉及医用骨组织植入体的制备方法，具体为一种激光烧结制备医用钛合金材料的方法。

背景技术

钛及钛合金材料以其良好的生物力学性能和生物相容性，被广泛用做人体硬组织植入或修复材料。但长期临床研究发现：钛及钛合金材料长期植入时，可能会由于“应力屏蔽”导致生物力学失配、失效，钛合金材料的力学性能与人体骨骼的力学性能之间仍存在差异，这种适配性问题会影响骨骼的生长速度，对于植入体的稳定性产生不利影响。此外，植入体在植入人体后，容易成为细菌粘附的载体，进而导致感染，因此，钛合金骨植入体的力学性能改进以及抗菌涂层的制备是现阶段亟待解决的关键问题。基于激光快速制造的增材制造技术为骨组织植入材料的制造提供了新的制造方案，激光烧结3D打印技术是增材制造的一种，其是以数字模型为基础，运用粉末金属，通过逐层熔化和堆积的方式来构造物体，直接金属激光烧结技术(DMLS)属于激光烧结3D打印技术，该技术使用局部聚焦激光束使金属粉末熔化“焊接”，其制备的组织结构多孔，致密度低，通常采用同轴送粉的方式进行粉末供应，将其应用于骨组织植入体的制备可在降低成本的同时又能满足力学性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种激光烧结制备医用钛合金材料的方法，制备的医用钛合金材料可根据需要设计具体结构，满足力学性能匹配的同时又可实现可控厚度的抗菌涂层的原位制备。

为实现上述目的，本发明采取下述方案：

一种激光烧结制备医用钛合金材料的方法，该方法包括如下步骤：

S1、钛合金粉末表面处理：选取平均粒径为20-60μm的雾化钛合金粉，采用惰性气体驱动雾化钛合金粉，以400-500m/s的气流速度撞击螺旋型模具，螺旋型模具内表面设置有硬质合金凸起，硬质合金凸起的厚度和高度均为70-80纳米，在进行撞击的过程中对模具进行超声振动，超声振动频率为20kHz，振幅为2-4μm，经螺旋型模具处理后，雾化钛合金粉表面被切割出纳米级坑槽，收集处理后的钛合金粉备用；

S2、纳米银悬浊液的制备：将纳米银粉末均匀分散在PVP的水溶液中获得纳米银悬浊液，其中，纳米银的重量百分比为1％-3％；

S3、纳米银的附着：将步骤S1获得的钛合金粉末加入到步骤S2制备的纳米银悬浊液中，在水浴条件下搅拌，同时进行超声处理，搅拌均匀后，对悬浊液进行过滤、洗涤并干燥，得到表面附着有纳米银的钛合金粉末；

S4、三维数据的生成：根据医用材料性能需要，对医用材料的结构、形状进行设计，具体地，根据骨骼的弹性模量、抗压强度设计对应的骨骼植入体的结构，将骨骼植入体设计为内部孔隙大，外部孔隙小的多孔结构，孔隙小的部分作为骨骼植入体的轮廓部，孔隙大的内部作为芯部，将设计好的三维模型数据导入增材设备中；

S5、激光烧结增材制造：采用同轴送粉的方式进行激光烧结增材制造，在芯部以未进行表面处理的钛合金粉进行激光烧结增材制造，在轮廓部至少一部分厚度以步骤S3获得的表面附着有纳米银的钛合金粉末进行激光烧结增材制造；

S6、表面处理：对激光烧结增材制造得到的医用材料进行表面处理，采用含钙磷电解质的水溶液进行微弧氧化表面处理，在医用材料表面获得含有羟基磷灰石的微弧氧化膜层。

优选地，步骤S2中，纳米银粉末与PVP的质量比为(20～25)：1，纳米银的平均粒径为70-75nm。