一種納米鉆石烯3d打印骨及制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于人造骨骼技術領域，設及一種3D打印骨，特別設及一種納米鉆石締3D 打印骨及制作方法。
【背景技術】
[0002] 目前，3D打印技術發展成熟并成功推向市場被廣泛應用。3D打印機的出現，顛覆了 部件設計完全依賴于生產工藝的思路，任何復雜形狀的設計均可W通過3D打印機來實現， 并極大地縮短了產品的生產周期。3D打印是先通過計算機建模軟件建模，然后采用分層加 工、疊加成型來完成打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特 殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅 速固化粘結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。運樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體 模型將會被"打印"成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可"創"出模型，而剩余粉末還 可循環利用。打印的截面厚度一般為100微米，薄的可W打印16微米一層。3D打印作為科技 融合體模型中最新的高"維度"的體現之一，可用于航空航天，牙科和醫療產業，教育，汽車， 工程建筑，工業設計，珠寶，鞋類，±木工程，和許多其他領域。骨科中3D骨骼打印機的技術 突破為醫生采用患者自己的細胞組織培育替換受損的患病骨骼開辟了新途徑，它主要是對 患者需要復制的骨骼進行3D打印成像，如果運塊骨骼丟失或者嚴重受損，可W對身體上的 "李生骨骼組織"進行鏡像3D成像，獲得的3D成像輸入3D打印機，該打印機是打印薄層的預 選材料，然后一層重疊一層，直至形成3D目標的實體化，最后植入患者體內。
[0003] 隨著社會人口結構老齡化，越來越多的患者因為嚴重髓關節疾病失去勞動能力及 生活自理能力，需要進行人工髓關節置換。3D打印人工髓關節的最大特點就在于白杯，它是 由最先進的金屬3D打印技術制造，能夠將白杯與其表面的微孔涂層一氣呵成，步驟是先將 患者需要置換的數據傳輸給計算機，通過軟件分析重建成=維立體，按照設定的形狀，經 60000伏高壓形成的電極絲將把預先放入鍛造箱中的鐵合金粉一層層堆積鍛造，最終打印 出一個表面有著微孔結構的白杯。白杯表面之所W需要微孔涂層，主要是因為金屬是生物 惰性材料，長期植入人體中將產生排斥反應，形成血栓、組織增生等并發癥。在醫用金屬植 入物表面涂覆化GA涂層，使其表面進行生物改性是提高金屬材料生物相容性的有效方法， 但是PLGA涂層在患者體內降解速度快，最終使體內軟組織與金屬接觸，導致患者出現酸痛、 酸脹不適等癥狀，需要進行二次手術治療，并且在國際使用標準上結合臨床，使用年限在10 至20年。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種性能優、生物相容性能好且使用壽命長的納米鉆石締 3D 打印骨及制作方法。
[000引為實現上述目的，本發明采用W下技術方案:一種納米鉆石締3D打印骨，打印骨的 外形為基于人體骨骼的真實掃描形狀制成的形狀;打印骨包括骨本體，骨本體由鉆石締粘 結劑和納米鉆石締粉末制成;骨本體表面固接有若干層復合層，任一復合層由鉆石締粘結 劑層和納米鉆石締粉末層組成；納米鉆石締為層片狀單晶結構，同一片層的碳原子之間為 sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接;納米鉆石締的晶格 間距為0.21nm;納米鉆石締的平均粒徑為R，；納米鉆石締的C含量為99~100%。
[0006] 納米鉆石締的平均粒徑為R，20 < R < 300nm。
[0007] 鉆石締粘結劑由改性環氧樹脂、表面功能化鉆石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶聯劑 組成，其中各組分質量比例為:環氧樹脂40-50%、表面功能化鉆石締30-40%、聚氨基甲酸醋 5-15%、硅烷偶聯劑5%。
[0008] 納米鉆石締3D打印骨的制作方法，包括W下步驟， 1) 對本體骨骼進行CT掃描，獲取打印骨的=維外形數據； 2) 對=維外形數據進行分層，并根據每一層的輪廓信息進行數控編程，將編程的數據 導入到3D打印機中； 3) 控制3D打印機在打印平臺上用鉆石締粘結劑和納米鉆石締粉末打印出骨本體，固 化； 4) 控制3D打印機在骨本體表面上依次打印上鉆石締粘結劑層和納米鉆石締粉末層，鉆 石締粘結劑和納米鉆石締結合后快速固化形成固化層； 5) 重復進行步驟4)直至打印完成； 6) 取出打印完成的3D打印骨，吹掉周圍松散的粉末，經過表面處理后得到成品； 7) 收集被吹掉的粉末進行回收利用。
[0009] 納米鉆石締的制備工藝，包括W下步驟： 酸洗提純:將金剛石原料粉碎成8000目W上的細粉，依次采用濃硫酸與濃硝酸混合液、 稀鹽酸、氨氣酸對該細粉酸洗，然后使用去離子水清洗至清洗液抑接近于7;分選:將清洗后 的物料進行離屯、分離，取上層液體進行1-5天沉淀分選，去除上層清液，將下層沉淀物干燥 后即得成品納米鉆石締。
[0010] 酸洗步驟前進行球磨整形和氣流破碎，先將金剛石原料球磨整形并篩分出800目 W上的細料;再將該細料輸送至氣流破碎機內粉碎并篩分出8000目W上的細粉。
[0011] 在球磨整形步驟，金剛石經球磨整形桶的篩網篩出70目W上的顆粒，破碎時間為 l-5h;該顆粒經多級振篩機篩分出800目W上的細料，振篩時間為30min-化;在球磨整形步 驟，篩分出的800目W上的細料重復過篩一次W上;在球磨整形步驟，70目W下的粗料返回 球磨整形桶進行重新破碎;篩余物返回氣流破碎機進行重新破碎;分選步驟中，離屯、時間為 30min-2h，轉速為8000巧m-15000巧m;濃硫酸與濃硝酸混合液由質量分數為98%濃硫酸和質 量分數為10%濃硝酸按照質量比為5:1混合而成;采用上述方法制備的納米鉆石締，為層片 狀單晶結構，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為 sp2雜化碳鍵連接;粒度為20-500nm，C含量為99~100%，晶格間距為0.21nm。
[0012] 與現有技術相比，本發明的有益效果如下：采用3D打印方式制作的納米鉆石締打 印骨，骨本體由鉆石締粘結劑和納米鉆石締粉末制成，骨本體表面固接有若干層復合層，任 一復合層由鉆石締粘結劑層和納米鉆石締粉末層組成，由于納米鉆石締的多層片狀結構中 不飽和鉆石締能夠將其他材料的膠粒子吸附于本身的層與層之間，納米鉆石締與膠粒子相 互包裹鎖合、牢固結合；由改性環氧樹脂、表面功能化鉆石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶聯劑 組成鉆石締粘結劑，固結性好，把持材料牢固，與納米鉆石締粉末固結后形成的人造骨材料 機械強度高且硬度高，抗壓性好，抗沖擊性能好，大大提高了人造骨的耐磨性和耐疲勞性； 制作過程不需要通過60000的高壓進行鍛造，減少有害氣體的排放且節約能源;納米鉆石締 為層片狀單晶結構，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子 之間為sp2雜化碳鍵連接，納米鉆石締形貌為多層片狀結構，形貌可控，分散性好，無抱團團 聚現象發生，且粒徑與片厚存在比例關系；納米鉆石締的晶格間距為0.21nm;納米鉆石締的 平均粒徑為R，20含R含500nm，納米鉆石締粒徑集中度高，粒徑范圍分布窄，粒徑為20-5(K)nm，粒徑大小可控;納米鉆石締的C含量為99~100%，結晶性非常強，對人體無毒副作用， 可用于人體牙齒、骨頭、關節等仿生材質的制備W及其表面處理;納米鉆石締具有良好的生 物相容性，納米鉆石締組成的人造骨在植入人體后，能夠很好的與周圍組織結合，不易發生 降解，不會隨著時間的延長致使合金出現生誘現象，不會對周圍軟組織造成傷害，患者在術 后不會出現酸疼等不適癥狀;納米鉆石締在表面形成微孔涂層，其具有優異的高硬度、高耐 磨性、超潤滑性及耐腐蝕性，在