一种生物医用复合植入材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种复合材料，按体积百分比计，包括以下组分：不锈钢粉末85‑95%；硅酸钙粉末5‑15%。本发明专利技术还进一步提供该复合材料作为生物医用复合植入材料的用途及其制备方法。本发明专利技术提供的一种生物医用复合植入材料的制备方法，将组分混合后，采用搅拌球磨工艺制备复合粉末；构建人体植入体三维模型后，采用切片工艺计算二维横截面，铺设并采用激光束扫描、熔化复合粉末，形成植入体的一个二维横截面，重复上述步骤，从而使植入体三维模型成型并经后处理，即得生物医用复合植入材料。本发明专利技术提供的一种生物医用复合植入材料及其制备方法，能够有效控制材料的力学性能和生物相容性，满足人体对植入体材料的各种需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用材料
，涉及一种生物医用复合植入材料及其制备方法，具体涉及一种采用搅拌球磨和选择性激光熔化技术快速制备生物医用316L不锈钢与硅酸钙复合植入材料及其方法。
技术介绍
选择性激光熔化技术是一种新型激光增材制造技术，基于分层叠加的原理，通过高能激光束完全熔化金属粉末，从而实现零件的三维自由成形。该技术是一个快速熔化和凝固的过程，成形零件晶粒细小，综合性能优良，在成形微细复杂结构方面具有显著优势。此外，基于增材制造及粉末材料的特点，选择性激光熔化技术还具有节省材料的优点。基于以上优点，这种技术已应用于航空航天、生物制造及军工等多个领域。特别在生物制造方面，该技术因其高精度、高定制性和可成形复杂内部结构的特点，非常适宜于人体承重体的制造。生物医用材料是指用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换病损组织、器官，或增进其功能的材料。在硬组织修复与取代领域，全世界生物材料产业生产额每年都在快速增长。据估计，在美国每年就要进行30万例关节置换手术；全球每年接受髋骨手术则有50万人左右，而这一数字还以10万人/年的速度在增加。然而仅在英国，每年进行的髋骨取代手术中就有18％是返修手术；在我国，每年也有数百万例骨缺损病人，但在生物植入体的临床应用上，还仅局限于颌面部(如鼻骨、锁骨、颧骨等)，对于承载部位硬组织(如关节骨，也是最易受损的部位)，则还鲜有真正成功的应用。因此，构造可靠持久的人造硬组织修复与取代生物>材料具有重大的实际意义，积极开展相关研究工作势在必行。不锈钢是应用最早的一类生物材料，至今已有半个多世纪的历史。在医用的不锈钢材料中，奥氏体不锈钢因其良好的机械性能、耐腐蚀性及低廉的价格，而受到广泛的应用。医用不锈钢存在以下主要问题：(1)表面硬度较低，耐磨性较差，在人体的体液环境中对点蚀敏感，且腐蚀将会通过细胞对电流的反应，改变人体组织的PH值并释放出Ni、Cr、Mo等对人体有害的金属离子，引起局部组织过敏疼痛，甚至诱发癌变；(2)弹性模量与人骨组织相差较大，易产生应力遮挡，使假体松动，产生骨吸收和萎缩现象，最终造成植入失效；(3)生物相容性较差，表面无生物活性，植入人体环境后与人体系统形成形态结合，影响植入效果造成植入失败。与天然骨骼成分接近的羟基磷灰石、磷酸钙、硅酸钙及类似陶瓷成为骨骼植入体的理想材料。研究表明，硅酸钙粉体或陶瓷在体外具有很好的生物活性和诱导沉积类骨羟基磷灰石层的能力，羟基磷灰石层的形成有利于促进材料的骨传导和骨再生，并促进同软/硬组织形成化学键合作用。但是生物陶瓷力学性能较差，在承重骨及大尺寸骨组织修复中的应用受到了限制。因此，将金属材料与生物陶瓷材料复合制备生物复合材料越来越受到各国学者的重视，成为目前的研究热点。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种生物医用复合植入材料的制备方法，该种生物医用316L不锈钢与硅酸钙复合植入材料的制备方法，能够解决现有技术中制备结构复杂的植入体的瓶颈，能够更加精确地控制植入体成形尺寸，实现植入体的一次成型，且比纯金属植入体有更好的生物相容性。本专利技术的另一目的在于提供一种综合力学性能与人骨接近的生物医用316L不锈钢与硅酸钙复合植入材料，植入人体后，有效避免应力遮挡，防止植入体松动，提高植入体材料的稳定性。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种复合材料，按体积百分比计，包括以下组分：不锈钢粉末85-95vol％；硅酸钙粉末5-15vol％。优选地，所述复合材料，按体积百分比计，包括以下组分：不锈钢粉末90vol％；硅酸钙粉末10vol％。优选地，所述不锈钢粉末为316L不锈钢粉末。更优选地，所述316L不锈钢粉末的平均粒径为40-60μm。进一步优选地，所述316L不锈钢粉末的平均粒径为50μm。优选地，所述硅酸钙粉末的平均粒径为5-15μm。更优选地，所述硅酸钙粉末的平均粒径为10μm。本专利技术进一步提供一种复合材料作为生物医用复合植入材料的用途。本专利技术还进一步提供一种生物医用复合植入材料的制备方法，包括以下步骤：1)将不锈钢粉末和硅酸钙粉末混合后，采用搅拌球磨工艺制备复合粉末；优选地，所述不锈钢粉末与硅酸钙粉末，以体积百分比计，加入量分别为85-95vol％和5-15vol％。更优选地，所述不锈钢粉末与硅酸钙粉末，以体积百分比计，加入量分别为90vol％和10vol％。优选地，所述不锈钢粉末为316L不锈钢粉末。更优选地，所述316L不锈钢粉末的平均粒径为40-60μm。进一步优选地，所述316L不锈钢粉末的平均粒径为50μm。优选地，所述硅酸钙粉末的平均粒径为5-15μm。更优选地，所述硅酸钙粉末的平均粒径为10μm。优选地，所述搅拌球磨工艺采用的球磨机进行研磨。更优选地，所述球磨机中使用的研磨球为硬质合金球，所述研磨球的直径为5±0.1mm。所述硬质合金球的材质为YG6钨钴类硬质合金。更优选地，所述球磨机中使用的研磨球与复合粉末的球料质量比为9-11：1。进一步优选地，所述研磨球与复合粉末的球料质量比为10：1。更优选地，所述球磨机的研磨条件为：搅拌臂的转速：200-300转/分钟；球磨时间：10-15小时。2)构建人体植入体三维模型后，采用切片工艺计算二维横截面，并将二维横截面信息传送到选择性激光熔化成型设备的控制单元；优选地，所述人体植入体三维模型采用三维绘图软件进行构建。采用三维绘图软件进行构建三维模型时，需要根据所需制备植入材料的实际结构，设计和建立实际三维模型，并将三维模型信息保存为STL格式文件。更优选地，所述三维绘图软件选自CAD、Solidworks、UG、ProE中的一种工程制图软件。优选地，所述切片工艺是将三维模型信息导入分层软件中，通过分层软件逐层切片后，再计算二维横截面，并将二维横截面信息保存为SLM格式文件。更优选地，所述分层软件为Autofab软件。所述Autofab软件可将三维(3D)模型沿某一方向(Z轴)离散为一系列的二维层面，得到一系列的二维平面信息，二维平面厚度可控为0.1-0.01mm。优选地，所述选择性激光熔化成型设备是指根据选择性激光熔化技术(SelectiveLaserMelting)进行设计、制造的成型设备。优选地，所述选择性激光熔化成型设备的控制单元是指选择性激光熔化成型设备的计算机控制系统。本领域技术人员均了解，如上所述控制单元的计算过程、均可以利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，按体积百分比计，包括以下组分：不锈钢粉末  85‑95vol％；硅酸钙粉末  5‑15vol％。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，按体积百分比计，包括以下组分：
不锈钢粉末85-95vol％；
硅酸钙粉末5-15vol％。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述不锈钢粉末为316L不锈钢粉末。
3.根据权利要求1-2任一所述的复合材料，作为生物医用复合植入材料的用途。
4.一种生物医用复合植入材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将不锈钢粉末和硅酸钙粉末混合后，采用搅拌球磨工艺制备复合粉末；
2)构建人体植入体三维模型后，采用切片工艺计算二维横截面，并将二维横截面信息传
送到选择性激光熔化成型设备的控制单元；
3)在基板上铺设一层复合粉末，根据存储在所述控制单元中的二维横截面信息，采用激
光束扫描相对应的横截面区域并熔化横截面区域内的复合粉末，形成植入体的一个二
维横截面；
4)将上述形成的二维横截面下降一层复合粉末的层厚高度；
5)重复步骤3)和4)，直至达到所述植入体三维模型的最终的二维横截面，从而使植入
体三维模型成型；
6)将成型的三维模型冷却后做喷砂处理，即得生物医用复合植入材料。
5.根据权利要求4所述的生物医用复合植入材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈悦昶，郑增，朱俊，韩李松，王士学，
申请(专利权)人：上海拓宝机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31