[发明专利]一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，涉及3D打印技术领域，该方法包括：制备支撑材料，将制备完成的支撑材料置于模具中；将目标材料制备成用于挤出式打印的目标浆料；将含有支撑材料的模具放置于打印平台，并将所述目标浆料放入打印装置的料筒中；按照目标设计模型，通过打印装置的喷头在所述支撑材料中挤出所述目标浆料，得到打印模型；对所述打印模型进行冷冻固化，得到目标模型；对所述目标模型进行后处理，得到微观多孔结构材料。本发明将3D打印与冷冻固化成型相结合，通过调节目标浆料的成分组成和成分浓度，制备出不同孔径和孔隙率的微观多孔结构材料。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法。

背景技术

随着我国医疗技术水平的进步及人们生活水平的提高，使得发展研究能够修复或替代因骨肌系统常见疾病包括骨关节退行性变、脊柱创伤及退行性变、四肢创伤、骨缺损、骨质疏松及骨肿瘤等导致的人体缺损的自然骨的骨科植入器械具有重要意义。数字光处理（DLP，Digital Light Processing）、激光选区熔化（SLM，Selective Laser Melting）、激光选区烧结（SLS，Selective Laser Sintering）、墨水直写（DIW，Direct Ink Writing）等3D打印方法由于具有高的灵活性、可制备复杂结构件、相较于减材制造节省原材料、可进行个性化定制等优点，可以羟基磷灰石、磷酸钙、Ti 等生物医用材料为原料，根据不同患者病变组织的差异进行个性化定制打印，以此满足不同患者病变组织的修复和替换等要求，充分发挥材料性能。

值得注意的是，对于骨科植入物，通常需要打印组织具有良好孔隙率与力学性能。合适的孔径、孔隙率等参数可使材料的模量、密度和强度等与自然骨组织相匹配，且多孔结构有利于成骨细胞的粘附、增殖和分化，促使新骨组织长入孔隙，因此3D打印具有多孔结构的骨科植入物材料成为近年来研究的热点。但受限于3D打印设备的机械结构，所打印结构件的精度有限，对于多孔材料其最小壁厚为0.5mm以上，孔径通常大于50μm，而天然密质骨内的最小孔径为10μm，所以利用3D打印方法能够进行个性化制备复杂结构的优点，制备出合适孔径、孔隙率的生物医用材料具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，旨在解决3D打印制备出的多孔结构材料孔径和孔隙率精度有限的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种冷冻固化3D打印制备微观多孔结构材料的制备方法，该制备方法包括：

制备支撑材料，将制备完成的支撑材料置于模具中；

将目标材料制备成用于挤出式打印的目标浆料；

将含有支撑材料的模具放置于打印平台，并将所述目标浆料放入打印装置的料筒中；

按照目标设计模型，通过打印装置的喷头在所述支撑材料中挤出所述目标浆料，得到打印模型；

对所述打印模型进行冷冻固化，得到目标模型；

对所述目标模型进行后处理，得到微观多孔结构材料。

可选地，所述支撑材料的主要成分为硅油、润滑脂、羟丙基甲基纤维素、琼脂、卡波姆、明胶和海藻酸钠中的一种或多种。

可选地，所述目标材料为陶瓷粉末、玻璃粉末、金属粉末和高分子粉末中的一种或多种，所述将目标材料制备成用于挤出式打印的目标浆料的步骤包括：

将所述目标材料、添加剂和水混合，并进行机械搅拌，形成初始浆料；

对所述初始浆料进行分散处理，得到水基的目标浆料。

可选地，所述对所述打印模型进行冷冻固化的方式为冷冻干燥或冷冻铸造。