[发明专利]一种抗菌材料增材、制备方法及其应用

说明书

本发明属于金属材料技术领域，公开了一种抗菌材料增材、制备方法及其应用，将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，或，利用特定比例的钛铜合金铸锭，采用等离子旋转电极，等离子雾化或气雾化方法制备球型合金粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；对加工后的制品进行热处理，并在炉内冷却后再进行热等压处理；进行均匀化处理；进行时效性处理，即可。本发明提供了一种合金的增材制造生产方法和后处理工艺，相较于抗菌涂层可使常用的钛及钛合金拥有长效的抗菌效果。本发明可利用增材制造优势加工特定比例的混合材料，赋予传统钛基材料的抗菌特性，后处理工艺可以平衡零件的力学性能和抗菌效果。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种抗菌材料增材、制备方法及其应用。

背景技术

目前，增材制造(AM)或称3D打印是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造的新兴制造技术，在个性化定制、复杂结构部件制备等方面具有与医疗应用结合的显著优势。钛和钛合金由于良好的机械性能，生物相容性和耐腐蚀性，是目前增材制造应用最广泛的金属材料，并可作为植入物用于人体内部环境。结合增材制造的多孔结构，比如类似骨小梁结构可促进组织生长和投放药物。但时常手术后医疗植入物周围的细菌感染已成为常见的问题，可能会导致植入物导引失败，给患者带来痛苦。

这是细菌形成的生物膜彼此粘附会在植入物表面产生一层薄膜，从而导致炎症。植入物表面周围的炎症影响硬以及围绕植入物的软组织。它可能导致牙龈缩回和骨组织吸收。特别是后者将长期严重影响植入物长期而言，会使植入物失去功能并失败。因此，在细菌开始形成细菌之前，找到一种杀死细菌的方法至关重要生物膜，以避免植入失败。铜元素具有广谱抗菌效果和低廉的价格是理想的辅助添加元素，少量的溶解的铜对人体有益，并且起着作用作为许多酶的辅助因子。

现有抗菌方式多为在材料表面做抗菌涂层，运用酸，碱，热处理及氧化表面改性技术获得一定的抗细菌感染的能力，但其抗菌性在长期的使用中存在表面区域性与时间上的长效性问题。常规合金植入体通常采用锻造方法制备，但由于其弹性模量远高于人体骨，易引起“应力屏蔽”现象，从而导致手术失败。增材制造的多孔结构可以降低合金植入体的弹性模量，且通过调节孔径大小可以个性化匹配患者，并且有诱导人体细胞长入的优势，是未来植入体材料重要的发展方向。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的增材制造材料不具备抗菌功能，抗菌效果不佳。

解决以上问题及缺陷的难度为：在常规材料的增材制造工艺及热处理体系下加入抗菌元素，需要平衡材料的抗菌性和机械性能。比如铜元素在特定比例范围类，随着铜元素浓度的提高会提高材料的抗菌效果。但是随着铜元素浓度的提高，材料的强度会提高而弹性会减弱。而弹性模量是植入体材料的重要指标，对材料的多孔结构设计有决定性的作用。

解决以上问题及缺陷的意义为：在抗菌元素有效浓度的范围内匹配增材制造及热处理工艺，可以满足医疗复杂多元的应用场景。例如，承重骨和非承重骨不同的力学性能和抗磨损要求；口腔环境有复杂的菌群，如果不是种植体，材料更侧重于抗菌性而非力学性能；也可制造抗菌定制化医疗器具。拥有稳定长效抗菌效果的高性能材料更能满足医疗行业的发展需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种抗菌材料增材、制备方法及其应用。

本发明是这样实现的，一种抗菌材料增材制备方法，所述抗菌材料增材制备方法包括：

步骤一，将原材料进行混合或处理得到原材料粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；

步骤二，对加工后的制品根据应用场景的需求进行热处理，或在炉内冷却后再进行热等压处理；或进行辅助均匀化处理；或进行时效性处理，即可。

进一步，步骤一中，所述将原材料进行混合或处理得到原材料粉末包括：

将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，并在混粉器中机械混合4-10h；