[发明专利]一种用于提高3D打印生物材料成形件的亲水性的方法

说明书

本发明提供一种用于提高3D打印生物材料成形件的亲水性的方法，包括：将3D打印的生物材料成形件，通过超声波清洗，对成形件表面进行激光加工前的预处理；调整用于生物材料激光加工的装置，在准分子激光器和样本台之间依次装载扩束镜和准直镜，调整扩束镜准直镜的位置，使激光在样品台上的聚焦光斑为能量分布均匀的矩形，测量矩形光斑的宽度W和长度L，输入激光加工装置的计算机控制系统中；通过单一变量法调控激光能量密度E和激光的脉冲数n，使成形件的粗糙度达到设定的阈值，进行成形件的加工；将加工好的成形件进行二次超声波清洗。本发明提供的方法能够快速、高效地提升3D打印成形件的表面质量，有助于加快3D打印件的应用效率。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是指一种用于提高3D打印生物材料成形件的亲水性的方法。

背景技术

激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)是一种在惰性气体的保护下，利用聚焦的高功率激光束辐照金属粉末床，使金属粉末快速熔化、凝固，从而实现三维零件成形的3D打印技术。由于这种技术的激光热影响区较小，因而成形精度高，能够制造高性能、复杂几何形状的金属零件。利用SLM技术制造的生物材料合金，具有高比强度、低弹性模量、抗蚀性优异等优点，正在被广泛应用于航空航天和汽车工业领域，但是仍然无法大量应用于医用领域。这是因为医用领域要求生物材料植入体表面具有良好的生物相容性，不仅能使细胞更好地附着在植入体上，同时还要使体液在植入体上具有一定的渗透率。然而，SLM成形的生物材料合金表面粗糙，呈现疏水性，无法满足医疗领域对SLM成形件表面性能的要求。因此，为了使SLM成形的生物材料能够满足医疗领域的应用要求，需要降低其表面粗糙度同时提高亲水性。

目前，钛合金的表面浸润性改性方法主要有：表面化学涂层法、纳/飞秒激光表面织构化、激光辐照法等。这些方法均可以有效地改变生物材料的表面浸润性，但是表面化学涂层法形成的涂层往往不是很稳定，极易发生脱落失效；纳/飞秒激光表面织构化对试样表面的平整度要求较高，不适合SLM成形件的加工；而激光辐照法相较于前两种方法，具有加工面积可控、快速精确处理材料表面的优点，具有很好的应用前景。目前，准分子激光辐照对PA2200尼龙SLS成形件表面改性，发现这种方法可以使打印件表面变得光滑，同时产生C＝＝O双键亲水性基团，接触角由120°减小至70°，改善并调控了成形件的表面浸润性。但是，利用准分子激光辐照改变SLM成形生物材料合金表面浸润性的应用研究成果较少。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种用于提高3D打印生物材料成形件的亲水性的方法，能够快速、高效地提升3D打印成形件的表面质量，有助于加快3D打印件的应用效率。

本发明采用如下技术方案：

一种用于提高3D打印生物材料成形件的亲水性的方法，包括如下步骤：

将3D打印的生物材料成形件，通过超声波清洗，对成形件表面进行激光加工前的预处理；

调整用于生物材料激光加工的装置，在准分子激光器和样本台之间依次装载扩束镜和准直镜，调整准分子激光器与扩束镜的距离S1，以及扩束镜和准直镜之间的距离S2，使激光在样品台上的聚焦光斑为能量分布均匀的矩形，在光路调整完毕后，打开准分子激光器，使激光在样本台上的白纸烧蚀出矩形光斑，并用直尺测量得到矩形光斑的宽度W和长度L，记为光斑的大小；

将得出的矩形光斑的宽度W和长度L输入激光加工装置的计算机控制系统中；

通过单一变量法调控激光能量密度E和激光的脉冲数n，使成形件的粗糙度达到设定的阈值，进行成形件的加工；

将加工好的成形件进行二次超声波清洗。

具体地，所述激光能量密度E具体为：

E＝P/(W*L)

其中P为激光功率。