[发明专利]一种增级多孔钽植入体激光选区制备方法及植入体

说明书

本发明公开了一种增级多孔钽植入体激光选区制备方法及植入体，方法包括下述步骤：激光选区熔化成形过程中，在激光辐射下，球形钽粉末熔化，纳米钽的氢化物因高温分解氢气，高温高压作用下氢气爆破溢出，在成形钽表面形成第一级多孔结构；由于SLM成形熔道与熔道之间形成间隙，当前层熔道与下一层熔道之间形成30‑90度夹角，从而构成第二级多孔结构；球形钽粉末熔化凝固形成由CAD设计软件定制的第三级与第四级多孔结构。上述共四级多孔结构形成跨级纳米尺度、微纳米尺度、微米尺度、毫米尺度等多重跨尺度宏微观一体化的多级多孔钽植入体。本发明通过分解氢气爆破溢出生成的增级结构拓宽了SLM成形极致微小能力，增强了激光选区熔化成形多孔钽的成形能力。

技术领域

本发明属于増材制造的技术领域，具体涉及一种增级多孔钽植入体激光选区制备方法及植入体。

背景技术

激光选区熔化成型技术已经是一种应用较广泛、较为成熟的金属增材制造技术。该技术以激光为热源，通过对精密的光学扫描系统的控制将激光束聚焦到成型平面的金属粉末上，并按照预定的路径高速移动激光焦点，使得成型平面上被扫描到的金属粉末迅速熔化尔后迅速冷却凝固，通过逐层扫描截面区域和逐层叠加的成型方式，最终加工出三维实体金属结构件。激光选区熔化成型技术在原理上突破了传统机加工技术对于零件外形的限制，在医疗领域定制化个性化植入体应用很多，特别是多孔结构植入体方面。在植入体方面，钛合金、钴铬合金也应用很多，钽合金植入体3D打印技术也逐渐得到青睐，通过3D打印制备多孔钽的方式已经被提出。

但是不可否认，3D打印钽植入体方面仍存在一些问题，比如电子束成形钽，可以保证无污染，无杂质，然而电子束成形比较粗大，精度以及精细结构受到限制，激光选区熔化虽然成形比较精细，精度比较高，然而只能制备300微米以上的多孔结构，更微细结构受到限制，无法匹配真正的骨小梁100微米以下的微结构，不利于骨细胞长入结合，且气氛环境不可避免的引入氧，提高氧含量。粉末多次循环使用，粉末氧含量会不断提高，导致相关性能的变化。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，增级多孔钽植入体激光选区制备方法及植入体，解决激光选区熔化无法成形100微米一下微结构与真正的骨小梁结构匹配，且粉末在长期使用过程中氧含量会增高的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种增级多孔钽植入体激光选区制备方法，包括下述步骤：

制备球形钽粉末和纳米钽氢化物，将5-30μm球形钽粉与1-10纳米级别的纳米钽氢化物进行混合，采用高速球磨与均质复合方式，将纳米钽氢化物组装粘合在球形钽粉末表面，实现表面粘附式组装；

进行第三级多孔结构与第四级多孔结构进行设计，并进行数据处理导入激光选区熔化成型系统，并将已粘附纳米钽氢化物的球形钽粉末作为成形材料，所述第三级多孔结构为100-500μm级别的多孔结构，所述第四级多孔结构为1-10mm的多孔结构；

激光选区熔化成形过程中，在光斑大小为50-100μm激光辐射作用下，按照设定的扫描速度将20-50μm层厚球形钽粉末熔化，形成单熔道，熔道中纳米钽的氢化物因高温分解氢气，氢气在高温高压作用下爆破溢出，在成形钽表面形成微纳米级结构，此为第一级多孔结构，该第一级多孔结构多为1-500nm纳米级别，少数1-5微米级别多孔结构；

根据激光工艺参数，采用0.08-0.20mm的扫描间距，从而让熔道与熔道之间形成间隙，于此同时，当前层扫描方向与下一层扫描方向形成一定夹角，层厚20-50μm从而构建了第二级多孔结构，该层次多孔结构多为微米级别，10-80微米级别多孔结构；

结合SLM成形的CAD设计定制的多级多孔结构，如第三级、第四级的多孔结构，此部分多为从CAD设计的模型数据，第三级别结构大部分为100微米-500微米级别多孔结构；第四级别的多孔结构大部分为1mm-10mm的多孔结构，从而形成多级多孔结构；