[发明专利]一种3D打印钛及钛合金的清洗方法

说明书

本发明属于3D打印钛及钛合金的表面处理领域，涉及一种3D打印钛及钛合金的清洗方法，包括将3D打印钛及钛合金依次进行清洗除油、喷砂处理、高压冲洗、等离子体清洗和/或紫外光清洗、腐蚀清洗，所述腐蚀清洗所采用的腐蚀液中含有腐蚀剂和添加剂且余量为水，所述腐蚀剂选自硫酸、盐酸、草酸、硝酸和氢氟酸中的至少一种，所述添加剂选自甲醇、乙醇和表面活性剂中的至少一种，再采用纯水漂洗后烘干。采用本发明提供的方法能够将残留在3D打印产品多孔层及网珊结构中的粉末颗粒以及切削介质彻底去除。

技术领域

本发明属于3D打印钛及钛合金的表面处理领域，具体涉及一种3D打印钛及钛合金的清洗方法。

背景技术

钛及钛合金3D打印产品为将钛及钛合金粉末通过电子束或者激光熔融冷却形成金属键，生成稳定且具有一定强度、结构和功能的半成品，随后再通过机械加工形成符合尺寸精度以及预期功能的最终3D打印产品。3D打印植入物为促进骨组织生长以及在植入物和人体骨组织之间形成有效的骨长入和骨长上效果提供了坚强有效的力学及生物学支撑。相比于传统机加工方式，3D打印植入物可以构造出形状更为复杂且更加贴合人体内各种骨的形态，同时可以直接构造具有特殊多孔结构的多孔层或网珊结构，以利于骨长入和骨长上。

根据3D打印以及后加工的工艺特点，在通过电子束或者激光等能量熔融钛及钛合金粉末的过程中，多孔层及网珊结构中的粉末根据其结合状态，可分为两种，一种是未被熔融的夹杂在多孔结构中的游离态颗粒，另一种是发生了部分熔融而与周围多孔表面发生金属键合黏连的部分熔融颗粒，这两种结合状态使得钛及钛合金粉末颗粒会大量夹杂在多孔层以及网珊结构中。倘若钛及钛合金植入物中的这些粉末颗粒未彻底清除，那么长期放置在人体环境下可能会散落在植入物周围，造成相应的炎症反应，甚至危及生命，因此具有极高的风险。此外，在3D打印后加工过程中，会大量使用含油性切削液或者水性切削液的冷却介质进行机加工辅助冷却及切削处理，此时，冷却介质会大量附着在多孔层或网珊结构的表面，如果清洗不彻底，同样存在非常大的风险，进而最终影响植入效果，甚至影响生命安全。

常规的针对3D打印产品中钛及钛合金粉末的清洗方式主要是喷砂清洗或者高压冲洗，通过砂粒或者高速水的冲击作用，将表面附着的残留3D打印粉末颗粒进行去除。然而，这两种方式存在一定的缺陷，一方面是两种作用方式均存在方向性，砂粒及高速水的正对垂直面上清洗及去除效果较好，但是在相邻倾斜面或者背面上的冲击作用有限，尤其是更多的产品是利用3D打印技术加工获得复杂形状或者多孔结构而非平面，使得这两种清洗方式的缺陷变得更加凸显；另一方面，3D打印形成的具有多孔结构的多孔层或网珊一般为非薄层而是具有一定厚度，也使得砂粒及高速水难以进入内部结构，或者仅在距表层数个毫米起到冲击清洗作用，更多表现为在进入内部结构的过程中冲击能量大量消耗，冲击作用大幅降低，内部的残留粉末颗粒无法被彻底去除。同样，针对3D打印产品中残留的机加工切削介质的清洗方式主要是超声波清洗，但是实际生产中发现，由于3D打印多孔结构不同于常规加工结构，3D打印多孔结构具有更多的微结构和微孔，从而导致即使在超声波作用下，微结构和微孔中存在气泡无法被及时彻底赶出，清洗剂无法彻底浸润所有表面尤其是复杂微孔表面，导致内部结构中切削介质的残留。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有的清洗方式无法将残留在3D打印钛及钛合金多孔层及网珊结构中的粉末颗粒以及切削介质彻底去除的缺陷，而提供一种能够将残留在3D打印钛及钛合金多孔层及网珊结构中的粉末颗粒以及切削介质彻底去除的清洗方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种3D打印钛及钛合金的清洗方法，该方法包括：

S1、将3D打印钛及钛合金进行清洗除油，得到除油3D打印钛及钛合金；

S2、将除油3D打印钛及钛合金依次进行喷砂处理和高压冲洗，得到一级清洗3D打印钛及钛合金；

S3、将一级清洗3D打印钛及钛合金进行等离子体清洗和/或紫外光清洗，得到二级清洗3D打印钛及钛合金；