本发明专利技术涉及一种无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体及其制造方法。本发明专利技术植入体具有内部互相连通的多孔网格状金属骨架，以及呈沟槽状的微米级粗糙金属骨架表面。所述多孔网状金属植入体经振动、水洗、气吹、超声和等离子抛光等净化处理后，植入体网格骨架表面和内部残留的未熔融金属粉末可以被高效去除。本发明专利技术植入体在植入人体后可避免因摩擦和体液腐蚀等原因引起的植入体表面不良粘附粉体脱落问题，减少有害金属离子的溶出；同时呈沟槽结构的微米级粗糙表面可以更好的促进细胞在植入体多孔结构表面的粘附、迁移和生长，赋予植入体更好的骨整合性能和长期使用安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属增材制造骨科医疗器械领域，具体涉及一种无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体及其制造方法。
技术介绍
1、以钛合金为代表的金属植入体因其优异的力学强度、良好的生物相容性和易加工性，在关节置换和骨缺损相关疾病的临床修复中获得了广泛的应用。然而，对既往金属植入体临床修复案例的长期随访研究发现，由于弹性模量过高、促成骨能力不足等原因，传统实心金属植入体普遍存在骨整合效果不佳、应力屏蔽等问题。近年来，随着3d打印技术的发展，3d打印多孔金属植入体因其成型自由度高、重量轻、成骨环境好、力学匹配性好等优点，在骨缺损精准替代修复领域具有极大的发展潜力。
2、现阶段医用金属植入体的增材制造技术主要采用的是基于金属粉末床选区熔化的层层制造工艺，分为激光选区熔化技术和电子束选区熔化技术两种。通过将软件处理好的植入体数字化三维模型文件导入金属3d打印机中，利用激光或电子束依据切片软件中预先规划好的路径对金属粉末床层进行逐层扫描，即可实现三维植入体模型的可控制备。然而，这种基于金属粉末床选区熔化的增材制造工艺相比于传统的cnc加工工艺，虽然能够实现各种复杂多孔构件的成型，但不可避免的会在成型后的植入体内部残留各种金属粉末。其中，处于游离态的金属粉末可以通过振动、气吹、水洗、超声等工艺去除；但余下一部分由于熔池边缘快速冷却而形成的不良融合金属粉体则无法通过上述工艺除去。这使得现有3d打印多孔金属骨植入体在手术操作过程中以及长期的体液浸润侵蚀下容易剥离和脱落，进而引起相关的手术并发症，给植入体的使用安全性带来极大隐患。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有基于金属粉末床增材制造工艺生产多孔金属骨植入体时面临的金属粉末残留、植入后易受体液侵蚀脱落，进而易引发后续相关并发症的问题，而提供了一种无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体及其制造方法。其利用了金属植入体自身良好的导电性和残留金属粉末特殊的电荷聚集效应，通过集成了一系列振动、水洗、气吹、超声和表面等离子抛光等后处理工艺，进而得以去除多孔金属骨植入体内部的各种残余金属粉末，并赋予植入体高粗糙的表面特性。
2、为达到上述目的，本专利技术是通过如下手段得以实现的：
3、本专利技术第一方面提供了一种无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)设计植入体的结构模型，填充多孔网格阵列结构，获得植入体模型；
5、(2)对植入体模型进行前处理工作，所述前处理具体为：将植入体模型于软件中依次完成修复、添加支撑、切片命令，随后导出金属3d打印计算机可识别的打印文件；
6、(3)利用金属粉末床增材制造打印多孔植入体实体模型；
7、(4)将打印好的多孔植入体实体模型进行预处理；
8、(5)对完成预处理的多孔植入体实体模型进行等离子抛光处理并进行末道清洗。
9、作为优选地，步骤(1)中所述设计植入体的结构模型具体包括如下步骤：
10、a.获取患者骨组织医学影像照片，进行数字化三维重建；
11、b.医工交互设计，确定植入体的精准外形结构模型。
12、作为优选地，步骤(3)中所述多孔植入体实体模型采用激光选区融化或电子束选区熔化3d打印机进行制作。
13、作为优选地，步骤(4)中所述预处理具体为：依次通过振动、气吹、冲洗、超声以去除游离金属粉末和油性杂质。
14、作为优选地，所述气吹为压缩空气吹扫；所述冲洗为高压水枪冲洗。
15、作为优选地，步骤(5)中所述等离子处理具体为液相等离子抛光处理，其具体参数为：温度80-95℃，电压220v，电流8-15a，时间200-1800s；最优选地，所述等离子处理具体为液相等离子抛光处理，其具体参数为：温度85℃，电压220v，电流10a，时间350s。
16、作为优选地，步骤(5)中所述末道清洗工艺为超声清洗。
17、本专利技术第二方面提供了根据上述制备方法制备得到的无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体。
18、作为优选地，所述无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体包括金属基材、精准构建的植入体外形、多孔网格阵列结构和粗糙金属网格骨架。
19、作为优选地，所述金属基材选自医用钛、钛合金、钴铬合金、钽、316l不锈钢中的一种或多种。
20、作为优选地，所述精准构建的植入体外形是通过计算机辅助软件经三维建模和医工交互设计确定的，以骨缺损修复为目的的植入体外形，包括个性化和非个性化的外形结构。
21、作为优选地，所述多孔网格阵列结构是指通过将建模软件中制作得到的最小网格单元结构模型导入网格填充软件后，经三维方向上重复阵列后在精准构建的植入体模型内部形成的连续贯通多孔网络结构。
22、作为优选地，所述多孔网格阵列内部的最小连通孔径至少为所述金属粉末平均直径的3倍。
23、作为优选地，所述建模软件选自3ds max；所述网格填充软件选自magics。
24、作为优选地，所述粗糙金属网格骨架为多孔网格阵列结构经3d打印得到的实体。
25、作为优选地，所述金属网格骨架表面具有沟槽状的微米级粗糙形态特性，同时无不良融合的残余球形粉末附着。
26、本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：
27、(1)与传统铸造、锻造、数控加工等金属植入体加工方式相比，本专利技术采用的金属粉末床增材制造工艺，能够轻松实现各种复杂多孔结构的精准成型，赋予植物体更轻的重量、更好的细胞生长环境和更好的患者匹配性。
28、(2)与目前市场上已有的3d打印多孔金属植入体相比，本专利技术通过集成了一系列打印后产品的预处理工艺和液相等离子抛光工艺，能够高效去除3d打印多孔金属植入体内部的各种游离态和不良融合态残留金属粉末，避免植入体在手术操作过程中和长期体液侵蚀环境下的有害金属颗粒释放，赋予植入体更好的长期使用安全性。
29、(3)相比于光滑的多孔植入体表面，本专利技术的高粗糙多孔金属骨架表面，能够赋予植入体更好的细胞粘附性和骨长入特性，进而赋予3d打印多孔金属骨植入体更好的骨整合性。
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【技术保护点】
1.一种无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述设计植入体的结构模型具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述多孔植入体实体模型采用激光选区融化或电子束选区熔化3D打印机进行制作。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述预处理具体为：依次通过振动、气吹、冲洗、超声以去除游离金属粉末和油性杂质。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述气吹为压缩空气吹扫；所述冲洗为高压水枪冲洗。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述等离子处理具体为液相等离子抛光处理，其具体参数为：温度80-95℃，电压220V，电流8-15A，时间200-1800s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述末道清洗工艺为超声清洗。
8.根据权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体。
9.根据权利要求8所述的无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体，其特征在于，所述无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体包括金属基材、精准构建的植入体外形、多孔网格阵列结构和粗糙金属网格骨架。
10.根据权利要求9所述的无粘粉粗糙表面的3D打印多孔金属植入体，其特征在于，所述金属基材选自医用钛、钛合金、钴铬合金、钽、316L不锈钢中的一种或多种。
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【技术特征摘要】
1.一种无粘粉粗糙表面的3d打印多孔金属植入体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述设计植入体的结构模型具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述多孔植入体实体模型采用激光选区融化或电子束选区熔化3d打印机进行制作。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述预处理具体为：依次通过振动、气吹、冲洗、超声以去除游离金属粉末和油性杂质。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述气吹为压缩空气吹扫；所述冲洗为高压水枪冲洗。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述等离子处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：王迎军，柯俊华，况宇迪，张恒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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