[发明专利]一种光固化3D打印陶瓷复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于生物陶瓷材料及增材制造技术领域，具体公开了一种光固化3D打印陶瓷复合材料及其制备方法与应用。光固化3D打印陶瓷复合材料的制备原料包括基础陶瓷粉料、光固化树脂、无机增韧剂和助剂；光固化树脂包括第一光固化树脂和第二光固化树脂，第一光固化树脂的折射率为1.42‑1.52，第二光固化树脂的折射率为1.60‑1.70；第一光固化树脂和第二光固化树脂的体积比为(9：1)‑(2：8)。本发明可实现光固化制备生物陶瓷尤其是精细的内部高度联通复杂孔隙结构，达到显著提高用于颅颌面生物陶瓷植入物的韧性，断裂韧性可达0.769‑0.869MPa·m^1/2，弯曲强度6.18‑7.84MPa。

技术领域

本发明属于生物陶瓷材料及增材制造技术领域，具体涉及一种光固化3D打印陶瓷复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

骨缺损是临床常见的一种疾病，其原因常常是因为外伤及交通事故等造成粉碎性骨折、或者肿瘤手术切除后造成的骨质缺损，也包括各种外伤及事故等导致的骨折和骨质缺损，其中以颅颌面骨缺损的修复对植入材料的要求最高。目前，用于颅颌面骨缺损的修复材料主要包括自体骨、异体骨、金属材料和生物陶瓷材料等。相较于生物陶瓷材料，其他修复材料或多或少因取材、排异反应、预置匹配性等问题，限制了其在骨修复中的应用。生物陶瓷材料因生物兼容性好、可塑性高、可吸收性好等特点而备受关注，越来越多地应用于临床。

目前，颅颌面植入材料作为极具个性化的需求，既需要具有一定的生物安全性，又需要做到形状因人而异、因伤而异，因为每一位患者的解剖结构参数不同，缺损部位和程度不同，这就对个性化植入体的制备提出了挑战，3D打印技术的应用，成功的为骨植入物的复杂结构和个性化的解决提供了可能，其中以紫外光固化技术(SLA/DLP)为基础的陶瓷3D打印近些年来得到广泛的应用，特别是在生物医疗方向上，3D打印技术可以实现精细化结构和个性化定制的需求。然而，生物陶瓷(磷酸钙、硅酸钙基等)材料的3D打印虽已得到广泛研究，但由于其固有的脆性大、强度低等特点，限制了其在颅颌面等承重部位等领域的应用。

因此，亟需开发一种兼具机械强度和韧性的生物陶瓷材料，以满足颅颌面骨修复的个性化需求与应用。

发明内容

本发明提出一种光固化3D打印陶瓷复合材料及其制备方法与应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为克服上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种光固化3D打印陶瓷复合材料。

具体地，一种光固化3D打印陶瓷复合材料，所述光固化3D打印陶瓷复合材料的制备原料包括基础陶瓷粉料、光固化树脂、无机增韧剂和助剂；

所述光固化树脂包括第一光固化树脂和第二光固化树脂，所述第一光固化树脂的折射率为1.42-1.52，所述第二光固化树脂的折射率为1.6-1.70；

所述第一光固化树脂和第二光固化树脂的体积比为(9：1)-(2：8)。

本发明通过在基础陶瓷粉料中添加无机材料作为增韧剂，以提高材料的韧性；同时添加光固化树脂，以满足光固化3D打印的要求。但由于基础陶瓷粉料和无机增韧剂均为无机陶瓷材料，其折射率约为1.60-1.80；目前常用的光固化树脂为单官能团有机树脂，其折射率约为1.40，两者间的折射率差值大，而使得在光固化过程中易出现严重过固化现象，从而导致所制得的陶瓷复合材料，尤其是精细的内部高度联通复杂孔隙结构无法实现。因此，本发明的光固化树脂采用以特定比例混合的两类光固化树脂，包括含有双官能团的第一光固化树脂和含有多官能团的第二光固化树脂，通过添加具有较高折射率的第二光固化树脂(折射率约为1.60-1.70)，以调整光固化树脂体系的折射率，减少与无机陶瓷材料间的折射率差值，从而减弱固化，实现陶瓷复合材料可适应光固化3D打印的精细内部高度联通复杂孔结构的需求的同时，显著提高陶瓷材料的韧性。