[发明专利]激光增材制造结合酸处理获得医用含铜钛合金的方法

说明书

本发明涉及一种激光增材制造结合酸洗处理获得医用含铜钛合金的方法，包括步骤如下：混合金属粉末A为TC4金属粉末和铜粉的混合粉末，混合金属粉末B为钛粉和铜粉的混合粉末；将TC4金属粉末、混合金属粉末A和混合金属粉末B分别烘干；钛基板表面进行打磨、清洗并干燥；粉末采用光纤激光器铺粉的方式，进行熔化沉积增材制造，冷却至室温然后进行表面酸洗和超声清洗，获得缺陷少以及表面光滑的激光增材制造医用含铜钛合金。含铜钛合金无细胞毒性且具有抗菌功能性，该方法可以用于加工多孔结构的医用钛合金，获得的多孔含铜钛合金孔径400‑700μm。

技术领域

本发明属于功能性医用含铜钛合金材料技术领域，涉及一种激光增材制造结合酸洗处理获得医用含铜钛合金的方法。

背景技术

钛及钛合金可以制作钛板、钛网、固位螺丝或人工假体等来修复口腔硬组织的缺损。但是，由于人体的差异性以及缺损部位解剖结构的复杂性，使得标准化植入体常常不能满足临床使用要求。钛合金作为一种生物惰性金属材料，存在弹性模量高、成骨速度较慢、铝元素及钒元素可能导致的生物安全性和无抗菌性能等问题。增材制造多孔钛合金可以有效解决上述问题，为个性化、复杂化、低弹性模量抗菌钛合金器械的制造和广泛应用提供了强力支撑，受到了人们的极大关注并快速发展。

激光增材制造技术在医用金属材料领域采用的是以铺粉为特征的选区激光熔化(SLM)，是兼顾精确成形和高性能控性需求的一体化增材制造加工方法。该技术可以实现无铝、钒等有害元素的新型钛合金的获得，同时引入铜等功能性元素，赋予材料良好的力学性能和生物安全性。一方面，3D打印医用钛合金的多孔结构，不仅可以使其弹性模量与骨组织匹配，还为骨组织长入提供空间，最终形成植入体-骨机械锁结的牢固结构。另一方面，在医用钛合金中添加铜元素，利用其在生理环境中的析出及铜离子氧化还原过程中的价态转换可以实现其生理功能的调控。同时，相关研究表明，铜离子对细胞/细菌的生物学性能影响存在浓度相关性。有研究发现，材料的表面特性以及表面与细菌的相互作用在其抗菌功能的发挥中起着重要的作用，采用不同的细菌接种方式来调控细菌与含铜金属材料表面的接触程度，可以使材料表现出优异的抗菌效果。因此，通过多孔化构建和微量功能性铜元素的添加，可以获得生物学性能优异的表面含铜钛合金。

相比于传统制造技术，增材制造技术生产周期短、生产成本低。在个性化、复杂结构、低弹性模量、抗菌功能性医疗器械的加工制造方面优势显著。激光增材制造医用含铜钛合金技术能够提高产品设计灵活性，促进功能性、个性化医疗器械的临床应用，引发医疗器械生产模式的转变。

发明内容

发明目的

为解决传统医用钛合金抗菌功能性的问题，本发明提供一种激光增材制造结合酸处理获得医用含铜钛合金的方法，采用激光增材制造技术结合酸洗后处理的方式，制造一种成分渐变的医用表面含铜钛合金，表面结构均匀，无细胞毒性，具有抗菌功能性。

技术方案

激光增材制造结合酸洗处理获得医用含铜钛合金的方法，包括步骤如下：步骤一、分别以TC4金属粉末和混合金属粉末为原材料，混合金属粉末包括混合金属粉末A和混合金属粉末B；混合金属粉末A为TC4金属粉末和铜粉的混合粉末，混合金属粉末B为钛粉和铜粉的混合粉末；

步骤二、将TC4金属粉末、混合金属粉末A和混合金属粉末B分别放置在60℃-80℃的真空干燥箱中，烘干时间不少于24小时；钛基板表面进行打磨、清洗并干燥后备用；

步骤三、将烘干后的TC4金属粉末、混合金属粉末A和混合金属粉末B采用光纤激光器铺粉的方式，通过激光束辐照在纯钛基板表面进行熔化沉积增材制造：在氩气的保护下先采用TC4金属粉末逐层熔化沉积成型多层沉积层；然后采用混合金属粉末A熔化沉积成型倒数第二层；最后采用混合金属粉末B熔化沉积成型最后一层；

步骤四、增材制造完成后，使表面含铜钛合金材料在氩气保护下静置冷却至室温；然后进行表面酸洗和超声清洗，把表面残留的金属粉末清除，获得缺陷少以及表面光滑的激光增材制造医用含铜钛合金。