[发明专利]一种无机骨水泥3D打印用压电喷头

说明书

本发明公开了一种无机骨水泥3D打印用压电喷头，属于浆体喷射技术领域。本发明主要包括压头和控制器，所述压头包括螺纹卡口、导管、压电陶瓷环、腔体隔层、温控装置、温度传感器、外壳、喷射口、压电陶瓷环信号接口、进水口、出水口和温度传感器接口。导管和压电陶瓷环外由温控水循环系统包围，采用水浴调控温度，再由外壳包围。外壳设有进水口、出水口、压电陶瓷环脉冲信号接口、温度传感器接口，均与控制器连接，由控制器调节循环水速率、循环水温度、压电陶瓷环振动频率，并监测压电喷头温度。该装置可以稳定无机骨水泥浆体流动，防止浆体固液相分离、堵塞喷口，提高无机骨水泥3D打印稳定性。

技术领域

本发明属于无机骨水泥浆体喷射技术领域，具体涉及一种无机骨水泥3D打印用压电喷头。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

无机骨水泥(如磷酸盐骨水泥、硅酸盐骨水泥等)在骨科临床上应用广泛，已经成为骨修复材料研究和应用的热点。随着3D打印技术的发展和进步，3D打印在骨科领域得到广泛应用，如打印骨科术前病变模型、个性化假体和植入物、外固定支具和组织工程支架等，最大限度地还原病患骨骼原始形态，满足特殊疾病和患者的需求，能够有效降低骨修复的治疗成本，提升治疗成功率。磷酸盐骨水泥(或硅酸盐骨水泥)由磷酸盐复合粉末(或硅酸钙复合粉体)和固化液组成，两者混合后形成均一的浆体，具有流变性，可以作为3D打印墨水，从打印喷头挤出后，以堆积方式叠加，固化后形成立体构建，实现基于挤压沉积成型的无机骨水泥3D打印成型，是一项颠覆性的骨科临床应用技术。例如，公告号为CN109437826A的中国发明专利，公开了“一种可3D打印的磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用”。公告号为CN108392673A的中国发明专利，公开了“一种硼硅酸盐生物玻璃/磷酸镁复合骨水泥及其骨支架低温3D打印方法”。公告号为CN108187134A的中国发明专利，公开了“一种医用聚乳酸原位改性磷酸钙骨水泥3D打印材料的制备方法”。区别于骨科临床填充和修复使用的磷酸盐骨水泥，3D打印无机骨水泥需要具备优异的流变性能，3D打印无机骨水泥已成为研究和应用热点。

但是，要实现无机骨水泥3D打印，首先无机骨水泥要具备优异的打印性能，即无机骨水泥的触变性、流变性、凝结时间能满足挤压沉积成型3D打印技术的要求。其次，要实现无机骨水泥3D打印还要依靠无机骨水泥3D打印设备和工艺的进步。无机骨水泥一般采用挤压沉积成型法实现3D打印，无机骨水泥的固、液两相拌和，形成均匀的无机骨水泥浆体，再置入料筒内，采用活塞推动塑性无机骨水泥浆体流出喷头，沉积后固化成型。在此过程中，极易导致固化液流动速度高于粉体移动速度，导致固化液和粉体发生两相分离，即滤压现象，浆体极易堵塞喷头，无法实现连续喷射。此外，无机骨水泥粉体颗粒不规则，极易团聚，造成喷口栓塞，导致推进阻力增加，极易损坏推进装置。由于无机骨水泥浆体固化是一个流动态持续发展到固态的过程，浆体必须在塑性消失前完成挤出打印成型，不能超过骨水泥凝结时间，导致3D打印挤出时间有限，导致3D打印过程不连续，挤出浆体前后固化性能不均一，力学强度不均匀，支架结构不稳定，极易坍塌，即便固化后，支架也会存在残余应力。无机骨水泥浆体拌和后至凝结固化是一个化学变化过程，随固体颗粒的界面反应，骨水泥浆体易产生絮凝，失去流动性，具有流动可打印性能的时间远远低于其初凝时间。此外，无机骨水泥3D打印技术刚刚起步，无机骨水泥3D打印性能还没有相应的国家标准或行业标准，也缺乏针对3D打印无机骨水泥的测试及评价方法，这极大地制约了3D打印技术在骨科临床的应用及发展。

因此，还需对无机骨水泥3D打印设备进行改进，其中，喷头是直接关系到3D打印效果的装置，本发明公开一种无机骨水泥3D打印用压电喷头，将解决上述难题，提升无机骨水泥3D打印精度、效率和质量。