一種納米鉆石烯3d打印骨及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于人造骨骼技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種3D打印骨，特別設(shè)及一種納米鉆石締3D 打印骨及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并成功推向市場被廣泛應(yīng)用。3D打印機(jī)的出現(xiàn)，顛覆了 部件設(shè)計完全依賴于生產(chǎn)工藝的思路，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計均可W通過3D打印機(jī)來實現(xiàn)， 并極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。3D打印是先通過計算機(jī)建模軟件建模，然后采用分層加 工、疊加成型來完成打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特 殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅 速固化粘結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。運樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體 模型將會被"打印"成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可"創(chuàng)"出模型，而剩余粉末還 可循環(huán)利用。打印的截面厚度一般為100微米，薄的可W打印16微米一層。3D打印作為科技 融合體模型中最新的高"維度"的體現(xiàn)之一，可用于航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，汽車， 工程建筑，工業(yè)設(shè)計，珠寶，鞋類，±木工程，和許多其他領(lǐng)域。骨科中3D骨骼打印機(jī)的技術(shù) 突破為醫(yī)生采用患者自己的細(xì)胞組織培育替換受損的患病骨骼開辟了新途徑，它主要是對 患者需要復(fù)制的骨骼進(jìn)行3D打印成像，如果運塊骨骼丟失或者嚴(yán)重受損，可W對身體上的 "李生骨骼組織"進(jìn)行鏡像3D成像，獲得的3D成像輸入3D打印機(jī)，該打印機(jī)是打印薄層的預(yù) 選材料，然后一層重疊一層，直至形成3D目標(biāo)的實體化，最后植入患者體內(nèi)。
[0003] 隨著社會人口結(jié)構(gòu)老齡化，越來越多的患者因為嚴(yán)重髓關(guān)節(jié)疾病失去勞動能力及 生活自理能力，需要進(jìn)行人工髓關(guān)節(jié)置換。3D打印人工髓關(guān)節(jié)的最大特點就在于白杯，它是 由最先進(jìn)的金屬3D打印技術(shù)制造，能夠?qū)妆c其表面的微孔涂層一氣呵成，步驟是先將 患者需要置換的數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)，通過軟件分析重建成=維立體，按照設(shè)定的形狀，經(jīng) 60000伏高壓形成的電極絲將把預(yù)先放入鍛造箱中的鐵合金粉一層層堆積鍛造，最終打印 出一個表面有著微孔結(jié)構(gòu)的白杯。白杯表面之所W需要微孔涂層，主要是因為金屬是生物 惰性材料，長期植入人體中將產(chǎn)生排斥反應(yīng)，形成血栓、組織增生等并發(fā)癥。在醫(yī)用金屬植 入物表面涂覆化GA涂層，使其表面進(jìn)行生物改性是提高金屬材料生物相容性的有效方法， 但是PLGA涂層在患者體內(nèi)降解速度快，最終使體內(nèi)軟組織與金屬接觸，導(dǎo)致患者出現(xiàn)酸痛、 酸脹不適等癥狀，需要進(jìn)行二次手術(shù)治療，并且在國際使用標(biāo)準(zhǔn)上結(jié)合臨床，使用年限在10 至20年。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)、生物相容性能好且使用壽命長的納米鉆石締 3D 打印骨及制作方法。
[000引為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:一種納米鉆石締3D打印骨，打印骨的 外形為基于人體骨骼的真實掃描形狀制成的形狀;打印骨包括骨本體，骨本體由鉆石締粘 結(jié)劑和納米鉆石締粉末制成;骨本體表面固接有若干層復(fù)合層，任一復(fù)合層由鉆石締粘結(jié) 劑層和納米鉆石締粉末層組成；納米鉆石締為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為 sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接;納米鉆石締的晶格 間距為0.21nm;納米鉆石締的平均粒徑為R，；納米鉆石締的C含量為99~100%。
[0006] 納米鉆石締的平均粒徑為R，20 < R < 300nm。
[0007] 鉆石締粘結(jié)劑由改性環(huán)氧樹脂、表面功能化鉆石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶聯(lián)劑 組成，其中各組分質(zhì)量比例為:環(huán)氧樹脂40-50%、表面功能化鉆石締30-40%、聚氨基甲酸醋 5-15%、硅烷偶聯(lián)劑5%。
[0008] 納米鉆石締3D打印骨的制作方法，包括W下步驟， 1) 對本體骨骼進(jìn)行CT掃描，獲取打印骨的=維外形數(shù)據(jù)； 2) 對=維外形數(shù)據(jù)進(jìn)行分層，并根據(jù)每一層的輪廓信息進(jìn)行數(shù)控編程，將編程的數(shù)據(jù) 導(dǎo)入到3D打印機(jī)中； 3) 控制3D打印機(jī)在打印平臺上用鉆石締粘結(jié)劑和納米鉆石締粉末打印出骨本體，固 化； 4) 控制3D打印機(jī)在骨本體表面上依次打印上鉆石締粘結(jié)劑層和納米鉆石締粉末層，鉆 石締粘結(jié)劑和納米鉆石締結(jié)合后快速固化形成固化層； 5) 重復(fù)進(jìn)行步驟4)直至打印完成； 6) 取出打印完成的3D打印骨，吹掉周圍松散的粉末，經(jīng)過表面處理后得到成品； 7) 收集被吹掉的粉末進(jìn)行回收利用。
[0009] 納米鉆石締的制備工藝，包括W下步驟： 酸洗提純:將金剛石原料粉碎成8000目W上的細(xì)粉，依次采用濃硫酸與濃硝酸混合液、 稀鹽酸、氨氣酸對該細(xì)粉酸洗，然后使用去離子水清洗至清洗液抑接近于7;分選:將清洗后 的物料進(jìn)行離屯、分離，取上層液體進(jìn)行1-5天沉淀分選，去除上層清液，將下層沉淀物干燥 后即得成品納米鉆石締。
[0010] 酸洗步驟前進(jìn)行球磨整形和氣流破碎，先將金剛石原料球磨整形并篩分出800目 W上的細(xì)料;再將該細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)粉碎并篩分出8000目W上的細(xì)粉。
[0011] 在球磨整形步驟，金剛石經(jīng)球磨整形桶的篩網(wǎng)篩出70目W上的顆粒，破碎時間為 l-5h;該顆粒經(jīng)多級振篩機(jī)篩分出800目W上的細(xì)料，振篩時間為30min-化;在球磨整形步 驟，篩分出的800目W上的細(xì)料重復(fù)過篩一次W上;在球磨整形步驟，70目W下的粗料返回 球磨整形桶進(jìn)行重新破碎;篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎;分選步驟中，離屯、時間為 30min-2h，轉(zhuǎn)速為8000巧m-15000巧m;濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量比為5:1混合而成;采用上述方法制備的納米鉆石締，為層片 狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為 sp2雜化碳鍵連接;粒度為20-500nm，C含量為99~100%，晶格間距為0.21nm。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：采用3D打印方式制作的納米鉆石締打 印骨，骨本體由鉆石締粘結(jié)劑和納米鉆石締粉末制成，骨本體表面固接有若干層復(fù)合層，任 一復(fù)合層由鉆石締粘結(jié)劑層和納米鉆石締粉末層組成，由于納米鉆石締的多層片狀結(jié)構(gòu)中 不飽和鉆石締能夠?qū)⑵渌牧系哪z粒子吸附于本身的層與層之間，納米鉆石締與膠粒子相 互包裹鎖合、牢固結(jié)合；由改性環(huán)氧樹脂、表面功能化鉆石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶聯(lián)劑 組成鉆石締粘結(jié)劑，固結(jié)性好，把持材料牢固，與納米鉆石締粉末固結(jié)后形成的人造骨材料 機(jī)械強(qiáng)度高且硬度高，抗壓性好，抗沖擊性能好，大大提高了人造骨的耐磨性和耐疲勞性； 制作過程不需要通過60000的高壓進(jìn)行鍛造，減少有害氣體的排放且節(jié)約能源;納米鉆石締 為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子 之間為sp2雜化碳鍵連接，納米鉆石締形貌為多層片狀結(jié)構(gòu)，形貌可控，分散性好，無抱團(tuán)團(tuán) 聚現(xiàn)象發(fā)生，且粒徑與片厚存在比例關(guān)系；納米鉆石締的晶格間距為0.21nm;納米鉆石締的 平均粒徑為R，20含R含500nm，納米鉆石締粒徑集中度高，粒徑范圍分布窄，粒徑為20-5(K)nm，粒徑大小可控;納米鉆石締的C含量為99~100%，結(jié)晶性非常強(qiáng)，對人體無毒副作用， 可用于人體牙齒、骨頭、關(guān)節(jié)等仿生材質(zhì)的制備W及其表面處理;納米鉆石締具有良好的生 物相容性，納米鉆石締組成的人造骨在植入人體后，能夠很好的與周圍組織結(jié)合，不易發(fā)生 降解，不會隨著時間的延長致使合金出現(xiàn)生誘現(xiàn)象，不會對周圍軟組織造成傷害，患者在術(shù) 后不會出現(xiàn)酸疼等不適癥狀;納米鉆石締在表面形成微孔涂層，其具有優(yōu)異的高硬度、高耐 磨性、超潤滑性及耐腐蝕性，在