[发明专利]一种骨水泥3D打印用双螺杆搅拌与挤出装置

说明书

本发明公开了一种骨水泥3D打印用双螺杆搅拌与挤出装置，属于3D打印领域。本发明主要包括外壳、固相进料装置、液相进料装置、螺杆装置和出料装置；固相进料装置包括电机、固相进料斗和螺旋叶片；液相进料装置包括蠕动泵、软管和进料接口；螺杆装置包括电机、旋向相反的第一螺杆和第二螺杆；出料装置包括出料延长管和出料端口。本发明采用双螺杆设计，既可以搅拌固、液两相料，使其混合均匀，又可以将浆体有效挤出，避免了传统挤出装置出现的相分离、滤压和堵塞出料口等现象；也避免了单螺杆对部分物料搅拌效率较低的问题，可以提高3D打印出料稳定性、打印效率和精度。

技术领域

本发明涉及生物医用材料3D打印装置领域，尤其涉及一种3D打印用双螺杆搅拌与挤出装置，是一种骨水泥3D打印机的固、液两相进入、混合、搅拌、挤出等一体化的装置。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

骨是人体最大、也是最易引起缺损的组织，老龄化、骨科疾病、交通和体育运动事故等造成的创伤性骨折、骨组织坏死、骨组织缺损等病患与日俱增，其中大部分骨缺损需要使用骨修复材料，骨修复材料已成为保障骨健康的必需品，且有逐年增多趋势。其中，骨水泥由固、液两相组成，如磷酸钙骨水泥，固相为磷酸盐粉体，液相为水或磷酸盐溶液的调和液。骨水泥固、液两相拌和后具有可塑性，手术中可按照病人骨缺损形状任意塑型，而且能填充异形骨缺损，能迅速固化，并具有一定的力学强度，固化产物与骨组织矿物成分相似，具有良好的生物相容性、骨诱导性能、可降解性能等。同时，骨水泥还以用于人工关节的固定、骨折的内固定等。因此，骨水泥在骨科临床上应用广泛，已经成为骨修复材料研究和应用的热点。

增材制造，又称3D打印(3D Printing)，是以三维模型数据为基础，将材料按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，直接制造立体物理实体的新型制造技术。3D打印可广泛应用于骨科领域，如骨科术前病变模型、个性化假体和植入物、外固定支具、组织工程支架的打印等，最大限度地还原病患骨骼原始形态，满足特殊疾病和患者的需求，能够有效降低骨修复的治疗成本，提升治疗成功率。

骨水泥浆体具有流变性，可以作为3D打印墨水，从打印喷嘴挤出后，以堆积方式叠加，固化后形成立体构件。基于挤压沉积成型的骨水泥3D打印成型技术是一项颠覆性的骨科临床应用技术。区别于骨科临床填充和修复使用的骨水泥，3D打印骨水泥需要具备优异的流变性能，3D打印骨水泥已成为研究和应用热点。例如，公告号为CN109437826A的中国发明专利，公开了“一种可3D打印的磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用”。公告号为CN108392673A的中国发明专利，公开了“一种硼硅酸盐生物玻璃/磷酸镁复合骨水泥及其骨支架低温3D打印方法”。公告号为CN108187134A的中国发明专利，公开了“一种医用聚乳酸原位改性磷酸钙骨水泥3D打印材料的制备方法”。

但是，要实现骨水泥3D打印，骨水泥除具备优异的打印性能，即骨水泥的触变性、流变性、凝结时间能满足3D打印技术的要求。更重要的实现骨水泥3D打印要依赖骨水泥3D打印设备发展和进步。然而，骨水泥一般采用挤压沉积成型3D打印，即骨水泥的固、液两相拌和，形成均匀的骨水泥浆体，再置入料筒内，采用活塞推动塑性骨水泥浆体流出喷头，沉积后固化成型。在此过程中，极易导致固化液流动速度高于粉体移动速度，导致固化液和粉体发生两相分离，即滤压现象。如骨水泥粉体颗粒过大或发生团聚，还会导致喷口栓塞，推进阻力剧增，无法出料，不能实现打印。此外，骨水泥浆体还必须在固化前挤出打印成型，导致3D打印挤出时间有限，3D打印过程不连续。