基于超聲振動輔助的純鈦實心微針成形工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬塑性成形，尤其涉及一種基于超聲振動輔助的純鈦實心微針成形工藝。
【背景技術】
[0002]在醫療領域，現代生物技術已生產出極為成熟和有效的藥物，但是很多藥物的有效傳輸受到目前的給藥系統的限制。透皮給藥系統便以其獨特的優勢成為給藥系統的研宄熱點，透皮給藥系統是指藥物以一定速率通過皮膚，經毛細血管吸收進入人體循環而產生藥效的一類制劑。與傳統的給藥方式相比，透皮給藥有許多優點:避免因口服給藥而產生的腸胃內消化酶對藥物的分解、破壞作用和肝臟的“首過效應”;避免因靜脈注射引起的疼痛和感染；通過控制藥劑輸送的速率、維持恒定的血藥濃度增加療效；降低藥物的毒副作用和胃腸道反應；隨時可中斷給藥改善患者的順應性等。
[0003]在多種透皮給藥方式中，微針透皮給藥系統具有注射和透皮給藥的雙重優勢，以其快速、方便和無痛等優點取得了較大的研宄進展。研宄表明微針藥物導入可顯著提高藥物透皮速率和吸收量，特別是在蛋白質、多肽和DNA等大分子物質的透皮制劑研宄領域表現出良好的效果和應用前景。微針透皮給藥技術將數十至數百枚實心或空心微針組成的透皮貼片貼于皮膚，通過刺穿皮膚最外層，使藥物進入體內。
[0004]制作微針的材料很多，主要有硅、聚合物和金屬等。由于硅加工技術比較成熟，微針的制備最初更多地圍繞硅材料展開，但是硅易脆，在刺入皮膚時容易斷裂，硅的生物相容性差，并且不適合作為模具來大批量復制，這些都限制了硅微針的應用。聚合物微針具有很好的生物相容性，也能夠制作各種微針，但是由于聚合物的柔性，其機械性能和強度較差，不易刺入皮膚。金屬微針一般不易折斷，且很多金屬如鈦等具有良好的生物相容性，所以金屬微針具有很廣的應用范圍。目前加工金屬微針的方法主要有激光切割、電鍍和超精密機械加工。這些方式的加工成本的加工效率都很低，而采用金屬塑性成形的方法來生產微針則可以顯著提高生產效率、降低生產成本。
[0005]金屬微針由于尺寸特征處于亞毫米范圍內，其成形工藝比傳統的成形困難，主要原因為:當零件尺寸越小表面積與體積之比增大；對于小尺寸零件，工件與工具之間的黏著力和表面張力等顯著增大；晶粒尺寸的影響顯著，不能像傳統工藝那樣看成是各向同性的均勻連續體；工件表面存儲潤滑劑相對困難。此時在微針的塑性成形工藝中引入超聲振動則可以達到改善工藝效果、提高產品質量的目的。超聲振動塑性成形加工是指在傳統的塑性加工成形工藝中，在工件或模具上主動施加方向、頻率和振幅可調的超聲振動。通常認為超聲振動加工技術相對于傳統金屬塑性成形工藝具有以下優點:降低成形力、降低金屬流動應力、減小工件與模具之間的摩擦，擴大金屬材料塑性成形加工范圍，提高金屬材料塑性成形能力，可獲得較好的產品表面質量和較高的尺寸精度。因此，在純鈦實心微針成形工藝中引入超聲振動，有助于生產出合格的零件，大批量成產降低成本。

【發明內容】

[0006]本發明的目的，就是為了克服上述現有技術存在的不足，提供一種基于超聲振動輔助的純鈦實心微針成形工藝。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種基于超聲振動輔助的純鈦實心微針成形工藝，包括以下步驟:
[0008]A、加工一組用于制備純鈦實心微針的模具；
[0009]B、搭建一個超聲振動輔助成形系統并與模具相連；
[0010]C、對純鈦板進行預處理；
[0011]D、將預處理后的純鈦板放置于模具內，調整超聲參數，采用墩擠的方法制備得到純鈦實心微針。
[0012]步驟A中所述模具包括凸模和凹模，凸模與坯料接觸面為平面，凹模帶有V形壓邊圈，凹模上具有與所述純鈦實心微針尺寸相匹配的型腔。
[0013]所述凸模和凹模采用微細電火花技術加工，凹模型腔和凸模與坯料接觸面經過磨削后達到粗糙度等級為0.2 μπι，凸凹模上下表面平行度為0.01mm。
[0014]步驟B中所述超聲振動輔助成形系統包括順序相連的超聲波發生器、超聲波換能器和變幅桿，以及支架，超聲波換能器和變幅桿安裝在支架上，變幅桿與模具裝配并向模具提供超聲振動，所述超聲振動輔助成形系統處于整體諧振狀態。
[0015]步驟C中所述預處理是將純鈦板經完全退火再結晶得到等軸晶鈦板，然后加工出尺寸為2_X2_?3_X3mm、表面粗糙度等級為1.6?6.3的純鈦板，并清洗干凈。
[0016]所述清洗干凈是用酒精清洗干凈。
[0017]步驟D中制備得到的純鈦實心微針的直徑為100 μm，長度為100?200 μπι。
[0018]步驟D中所述的超聲參數為:諧振頻率20ΚΗζ，功率300?1000W。
[0019]步驟D中所述的墩擠是通過萬能力學試驗機對模具施壓，壓力為2?10ΚΝ。
[0020]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0021]1、采用超聲振動輔助微針塑性成形，能有效降低微針成形的工藝難度；同時采用模具生產可顯著提高生產效率、降低生產成本，有利于批量生產。
[0022]2、采用純鈦作為材料提高了微針的生物相容性；增加了微針的機械性能和強度。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明中所用模具示意圖；
[0024]圖2為本發明中所搭建的超聲振動輔助系統的示意圖；
[0025]圖3為本發明所制備的純鈦實心微針的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]本發明基于超聲振動輔助的純鈦實心微針成形工藝是，首先加工一組用于制備純鈦實心微針的模具；模具結構如圖1所示，包括凸模3和凹模1，凸模與坯料的接觸面為平面，凹模帶有V形壓邊圈11，凹模上具有與純鈦實心微針尺寸相匹配的型腔12。上述凸模和凹模采用微細電火花技術加工，凹模型腔和凸模與坯料接觸面經過磨削后達到粗糙度等級為0.2 μπι，凸凹模上下表面平行度為0.01mm。
[0027]同時，搭建一個超聲振動輔助成形系統并與模具相連；超聲振動輔助成形系統的組成如圖2所示，包括順序相連的超聲波發生器5、超聲波換能器6和變幅桿7，以及支架8，超聲波換能器和變幅桿安裝在支架上，變幅桿與模具相連并向模具提供諧振超聲波。
[0028]另外，對純鈦板進行預處理；將純鈦板經完全退火再結晶得到等軸晶鈦板，然后加工出尺寸為2_X2_?3_X3mm、表面粗糙度等級為1.6