基于超聲振動輔助的純鈦實(shí)心微針成形工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬塑性成形，尤其涉及一種基于超聲振動輔助的純鈦實(shí)心微針成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療領(lǐng)域，現(xiàn)代生物技術(shù)已生產(chǎn)出極為成熟和有效的藥物，但是很多藥物的有效傳輸受到目前的給藥系統(tǒng)的限制。透皮給藥系統(tǒng)便以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為給藥系統(tǒng)的研宄熱點(diǎn)，透皮給藥系統(tǒng)是指藥物以一定速率通過皮膚，經(jīng)毛細(xì)血管吸收進(jìn)入人體循環(huán)而產(chǎn)生藥效的一類制劑。與傳統(tǒng)的給藥方式相比，透皮給藥有許多優(yōu)點(diǎn):避免因口服給藥而產(chǎn)生的腸胃內(nèi)消化酶對藥物的分解、破壞作用和肝臟的“首過效應(yīng)”;避免因靜脈注射引起的疼痛和感染；通過控制藥劑輸送的速率、維持恒定的血藥濃度增加療效；降低藥物的毒副作用和胃腸道反應(yīng)；隨時(shí)可中斷給藥改善患者的順應(yīng)性等。
[0003]在多種透皮給藥方式中，微針透皮給藥系統(tǒng)具有注射和透皮給藥的雙重優(yōu)勢，以其快速、方便和無痛等優(yōu)點(diǎn)取得了較大的研宄進(jìn)展。研宄表明微針?biāo)幬飳?dǎo)入可顯著提高藥物透皮速率和吸收量，特別是在蛋白質(zhì)、多肽和DNA等大分子物質(zhì)的透皮制劑研宄領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的效果和應(yīng)用前景。微針透皮給藥技術(shù)將數(shù)十至數(shù)百枚實(shí)心或空心微針組成的透皮貼片貼于皮膚，通過刺穿皮膚最外層，使藥物進(jìn)入體內(nèi)。
[0004]制作微針的材料很多，主要有硅、聚合物和金屬等。由于硅加工技術(shù)比較成熟，微針的制備最初更多地圍繞硅材料展開，但是硅易脆，在刺入皮膚時(shí)容易斷裂，硅的生物相容性差，并且不適合作為模具來大批量復(fù)制，這些都限制了硅微針的應(yīng)用。聚合物微針具有很好的生物相容性，也能夠制作各種微針，但是由于聚合物的柔性，其機(jī)械性能和強(qiáng)度較差，不易刺入皮膚。金屬微針一般不易折斷，且很多金屬如鈦等具有良好的生物相容性，所以金屬微針具有很廣的應(yīng)用范圍。目前加工金屬微針的方法主要有激光切割、電鍍和超精密機(jī)械加工。這些方式的加工成本的加工效率都很低，而采用金屬塑性成形的方法來生產(chǎn)微針則可以顯著提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。
[0005]金屬微針由于尺寸特征處于亞毫米范圍內(nèi)，其成形工藝比傳統(tǒng)的成形困難，主要原因?yàn)?當(dāng)零件尺寸越小表面積與體積之比增大；對于小尺寸零件，工件與工具之間的黏著力和表面張力等顯著增大；晶粒尺寸的影響顯著，不能像傳統(tǒng)工藝那樣看成是各向同性的均勻連續(xù)體；工件表面存儲潤滑劑相對困難。此時(shí)在微針的塑性成形工藝中引入超聲振動則可以達(dá)到改善工藝效果、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。超聲振動塑性成形加工是指在傳統(tǒng)的塑性加工成形工藝中，在工件或模具上主動施加方向、頻率和振幅可調(diào)的超聲振動。通常認(rèn)為超聲振動加工技術(shù)相對于傳統(tǒng)金屬塑性成形工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):降低成形力、降低金屬流動應(yīng)力、減小工件與模具之間的摩擦，擴(kuò)大金屬材料塑性成形加工范圍，提高金屬材料塑性成形能力，可獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度。因此，在純鈦實(shí)心微針成形工藝中引入超聲振動，有助于生產(chǎn)出合格的零件，大批量成產(chǎn)降低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于超聲振動輔助的純鈦實(shí)心微針成形工藝。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種基于超聲振動輔助的純鈦實(shí)心微針成形工藝，包括以下步驟:
[0008]A、加工一組用于制備純鈦實(shí)心微針的模具；
[0009]B、搭建一個(gè)超聲振動輔助成形系統(tǒng)并與模具相連；
[0010]C、對純鈦板進(jìn)行預(yù)處理；
[0011]D、將預(yù)處理后的純鈦板放置于模具內(nèi)，調(diào)整超聲參數(shù)，采用墩擠的方法制備得到純鈦實(shí)心微針。
[0012]步驟A中所述模具包括凸模和凹模，凸模與坯料接觸面為平面，凹模帶有V形壓邊圈，凹模上具有與所述純鈦實(shí)心微針尺寸相匹配的型腔。
[0013]所述凸模和凹模采用微細(xì)電火花技術(shù)加工，凹模型腔和凸模與坯料接觸面經(jīng)過磨削后達(dá)到粗糙度等級為0.2 μπι，凸凹模上下表面平行度為0.01mm。
[0014]步驟B中所述超聲振動輔助成形系統(tǒng)包括順序相連的超聲波發(fā)生器、超聲波換能器和變幅桿，以及支架，超聲波換能器和變幅桿安裝在支架上，變幅桿與模具裝配并向模具提供超聲振動，所述超聲振動輔助成形系統(tǒng)處于整體諧振狀態(tài)。
[0015]步驟C中所述預(yù)處理是將純鈦板經(jīng)完全退火再結(jié)晶得到等軸晶鈦板，然后加工出尺寸為2_X2_?3_X3mm、表面粗糙度等級為1.6?6.3的純鈦板，并清洗干凈。
[0016]所述清洗干凈是用酒精清洗干凈。
[0017]步驟D中制備得到的純鈦實(shí)心微針的直徑為100 μm，長度為100?200 μπι。
[0018]步驟D中所述的超聲參數(shù)為:諧振頻率20ΚΗζ，功率300?1000W。
[0019]步驟D中所述的墩擠是通過萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對模具施壓，壓力為2?10ΚΝ。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]1、采用超聲振動輔助微針?biāo)苄猿尚?，能有效降低微針成形的工藝難度；同時(shí)采用模具生產(chǎn)可顯著提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，有利于批量生產(chǎn)。
[0022]2、采用純鈦?zhàn)鳛椴牧咸岣吡宋⑨樀纳锵嗳菪?；增加了微針的機(jī)械性能和強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中所用模具示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明中所搭建的超聲振動輔助系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明所制備的純鈦實(shí)心微針的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明基于超聲振動輔助的純鈦實(shí)心微針成形工藝是，首先加工一組用于制備純鈦實(shí)心微針的模具；模具結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括凸模3和凹模1，凸模與坯料的接觸面為平面，凹模帶有V形壓邊圈11，凹模上具有與純鈦實(shí)心微針尺寸相匹配的型腔12。上述凸模和凹模采用微細(xì)電火花技術(shù)加工，凹模型腔和凸模與坯料接觸面經(jīng)過磨削后達(dá)到粗糙度等級為0.2 μπι，凸凹模上下表面平行度為0.01mm。
[0027]同時(shí)，搭建一個(gè)超聲振動輔助成形系統(tǒng)并與模具相連；超聲振動輔助成形系統(tǒng)的組成如圖2所示，包括順序相連的超聲波發(fā)生器5、超聲波換能器6和變幅桿7，以及支架8，超聲波換能器和變幅桿安裝在支架上，變幅桿與模具相連并向模具提供諧振超聲波。
[0028]另外，對純鈦板進(jìn)行預(yù)處理；將純鈦板經(jīng)完全退火再結(jié)晶得到等軸晶鈦板，然后加工出尺寸為2_X2_?3_X3mm、表面粗糙度等級為1.6