本發明屬于激光熔化SLM成形技術領域，具體涉及一種基于激光熔化成形技術的鎂合金骨固定植入材料制備方法。
背景技術：
現如今，由于意外事故或疾病造成的骨折、骨缺損成為臨床上的常見疾病，目前，臨床上應用于骨折復位及骨移植手術后固定材料主要是不銹鋼、鈷鉻合金、鈦合金和一些高分子材料；不銹鋼具有高抗沖擊、高強度、高韌性和優良的加工性能，在骨外科手術中得到了普遍應用，但是不銹鋼的生物相容性不高，在生理環境中溶出的鎳離子可能誘發腫瘤形成，對人體健康造成損害；鈷鉻合金有良好的耐腐蝕性和力學性能，但鈷基合金中溶出的鈷、鎳等離子具有致敏性問題，可能導致組織壞死；鈦合金具有良好的生物學特性，如無細胞毒性、質輕、強度高、生物相容性好等優點，但是價格昂貴；聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等可吸收高分子材料也已經用于臨床，但它們存在親水性差、細胞吸附力較弱等問題。
綜上所述，目前臨床上的植入材料主要存在以下缺點，1.應力遮擋效應差；2.合金中Co、Cr、Ni等金屬對人體有毒副作用；3.需要進行二次取出手術，給患者帶來二次痛苦，增加醫療費用；4.在治療過程中，需要長時間口服或注射藥物，藥物不是直接作用在傷口，藥效往往不佳。
然而，目前有相關的研究表明，鎂合金作為新型生物植入材料，具有優異的力學性能，良好的生物相容性及體內可降解性，而且采用可降解鎂合金作為體內植入材料，不僅能降低治療成本，而且免去了二次手術給患者帶來的痛苦，如果在鎂合金中添加藥物，使得鎂合金在降解的同時不斷對傷口持續給藥，能夠增加藥效，非常利于患者康復。
再有按照傳統的方法制備尺寸合適、貼合良好的骨科植入材料，不僅成本高，而且制備的周期較長，容易延誤最佳的治療時機；同時對于一些復雜零件，常規方法難以制備，無法滿足患者需求。
激光增材制造技術以3D模型數據為基礎，采用層層疊加的方法來制備零件；選擇性激光熔化成形技術（SLM）是激光增材制造技術（3D打印）領域中最具發展潛力的技術之一，其基本原理是先在計算機上利用三維造型軟件設計出制品的三維實體模型，對模型進行數據處理后，導入成形設備；成形時，首先把金屬粉末均勻的鋪在基板上，激光束按照三維模型當前截面輪廓數據選擇性地熔化成形，隨后在已加工好的截面上再鋪一層金屬粉末，激光按照模型下一層截面信息進行選擇性熔化，如此往復循環直至整個制品完成熔化成形，該技術可以成形任意形狀的零件，降低了開發成本和風險，縮短了新品研制的周期。
技術實現要素：
本發明提供一種基于激光熔化成形技術的鎂合金骨固定植入材料制備方法，利用SLM成形技術制備多孔裝鏤空結構的鎂合金植入材料，解決目前各種植入材料所存在的問題。
本發明采用的技術方案是：
一種基于激光熔化成形技術的鎂合金骨固定植入材料制備方法，其步驟包括：
步驟1、設計植入部分鎂合金成分；
所述鎂合金成分為Mg-Zn-La合金，其中Zn元素質量分數為0-8%，La元素質量分數為0-2%，其余為Mg元素；
步驟2、使用CT掃描對患處進行掃描，采集受傷位置的輪廓尺寸；
所述CT掃描層厚小于等于5mm;
步驟3、根據掃描數據，通過逆向工程和鏡像重建技術構建植入材料的多孔三維數據模型；
所述孔的形狀為圓形、方形、六邊形或梯形，孔隙率為10%至60%；
步驟4、對構建植入材料的三維數據模型，進行應力分析，模型結構進一步優化；
步驟5、用MAGICS軟件對三維模型進行數據處理，設定成形方向、支撐類型以及成形精度，然后，利用切片軟件對模型進行切片處理并將數據傳入SLM成形機；
所述數據處理的數據為：激光功率200-400W，掃描速度為6000-8000mm/min，掃描精度為0.015-0.03mm；
步驟6、進行SLM成形；
步驟7、成形件進行熱處理并進行清洗；
所述熱處理的方法是：270-350℃退火60-90min，升溫速度10-20℃/min左右，緩慢冷卻；所述清洗采用無水乙醇和去離子水；
步驟8、浸藥處理；浸入的藥物為消炎藥和促進骨生長愈合的藥物，PH呈堿性；
步驟9、對浸藥處理的制品表面進行HA噴涂；所述HA噴涂采用等離子噴涂工藝，噴涂后需要用水蒸氣處理，噴涂溫度不超過200℃。
本發明的技術效果是：運用本發明方法制作的骨植入材料不僅能降低治療成本，而且免去了二次手術給患者帶來的痛苦，在鎂合金中添加藥物，使得鎂合金在降解的同時不斷對傷口持續給藥，增加藥效利用患者康復；本發明方法能夠對不同病人不同部位的植入材料進行定制，可制作形狀復雜的植入制品，而且制品與患者體型貼合良好。
附圖說明
圖1是本發明方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步說明：
實施例1，基于激光熔化成形技術的鎂合金骨板制備方法，包括如下步驟：
步驟1，設計骨板的鎂合金成分，首先通過ANSYS模擬軟件分析根據植入位置骨所承受的力及此位置植入鎂合金后鎂合金的降解情況，然后根據模擬結果及其合金元素對鎂合金力學性能、腐蝕性的影響規律，確定合金成分，隨后通過模擬軟件計算不同成分鎂合金的力學性能及腐蝕特性，最終獲得合理的鎂合金成分；
所述鎂合金牌號為Mg-3Zn-0.5La合金，其中Zn元素質量分數為3%，La元素質量分數為0.5%，其余為Mg元素;
步驟2，使用CT掃描對患處進行掃描，采集受傷位置的輪廓尺寸，根據CT掃描掃描規范，掃描層厚為4mm；
步驟3，根據CT掃描數據，通過逆向工程和鏡像重建技術，利用Solidworks三維軟件構建該骨板的三維數據模型，隨后利用Solidworks三維軟件的拉伸切除功能將該構件的三維數據模型切成多孔狀，使其成為多孔三維數據模型；
所述骨板為鏤空結構，孔形為圓形，孔隙率為30%；
步驟4，利用ANSYS模擬軟件模擬骨板的受力情況，首先將多孔三維數據模型導入到ANSYS模擬軟件，并對三維數據模型進行網格劃分，然后設定模型的受力邊界條件，并且將植入位置受力情況加載到三維數據模型，此時，分析植入骨板的應力應變情況，根據模擬結果進一步優化模型結構；
步驟5，利用MAGICS軟件對三維模型進行數據處理，將零件三維模型水平擺放，該擺放位置不需要添加支撐，成形精度設為0.015mm，切片軟件設定切片厚度為0.015mm，將切好的數據模型導入到SLM成形機；
步驟6，進行SLM成形，經過工藝參數的優化，最佳成形參數為，激光功率300W，掃描速度6500mm/min，掃描精度0.015mm;
步驟7，對成形件進行熱處理，經過工藝反復優化，熱處理最佳工藝為：270±5℃退火80min，升溫速度15℃/min左右，隨爐冷卻，熱處理之后用無水乙醇和去離子水清洗并干燥；
步驟8，浸藥處理，將成形件浸入消炎的慶大霉素和促進骨生長的骨肽溶液中，經過參數優化，溶液溫度30℃，浸藥時間10h，隨后對浸藥后的成形件烘干，烘干溫度60℃，烘干時間10h；
步驟9，對浸藥處理的制品表面噴涂HA，噴涂采用低溫等離子噴涂工藝，為了防止高溫對藥物藥效的影響，經過工藝優化，制品局部溫度控制在100℃以內。
實施例2，基于激光熔化成形技術的鎂合金骨釘制備方法，包括如下步驟：
步驟1，設計骨釘的鎂合金成分，首先通過ANSYS模擬軟件分析根據植入位置骨所承受的力及此位置植入鎂合金后鎂合金的降解情況，然后根據模擬結果及其合金元素對鎂合金力學性能、腐蝕性的影響規律，確定合金成分，隨后通過模擬軟件計算不同成分鎂合金的力學性能及腐蝕特性，最終獲得合理的鎂合金成分；
所述鎂合金牌號為Mg-5Zn-1La合金，其中Zn元素質量分數為5%，La元素質量分數為1%，其余為Mg元素；
步驟2，使用CT掃描對患處進行掃描，采集受傷位置的輪廓尺寸，根據CT掃描掃描規范，掃描層厚為3mm；
步驟3，根據CT掃描數據，通過逆向工程和鏡像重建技術，利用Solidworks三維軟件構建該骨板的三維數據模型，隨后利用Solidworks三維軟件的拉伸切除功能將該構件的三維數據模型切成多孔狀，使其成為多孔三維數據模型；所述骨釘為鏤空結構，孔形可為圓形，孔隙率為20%；
步驟4，利用ANSYS模擬軟件模擬骨釘的受力情況，首先將多孔三維數據模型導入到ANSYS模擬軟件，并對三維數據模型進行網格劃分，然后設定模型的受力邊界條件，并且將植入位置受力情況加載到三維數據模型，此時，分析植入骨釘的應力應變情況，根據模擬結果進一步優化模型結構；
步驟5，利用MAGICS軟件對三維模型進行數據處理，將零件三維模型水平擺放，，該擺放位置不需要添加支撐，成形精度設為0.01mm，切片軟件設定切片厚度為0.01mm，將切好的數據模型導入到SLM成形機；
步驟6，進行SLM成形，經過工藝參數的優化，最佳成形參數為，，激光功率350W，掃描速度7000mm/min，掃描精度0.02mm;
步驟7，對成形件進行熱處理，經過工藝優化，最佳熱處理的工藝為：300℃退火60min，升溫速度10℃/min左右，隨爐冷卻，熱處理之后用無水乙醇和去離子水清洗并干燥；
步驟8，浸藥處理，將成形件浸入消炎的慶大霉素和促進骨生長的骨肽溶液中，經過參數優化，溶液溫度30℃，浸藥時間10h，隨后對浸藥后的成形件烘干，烘干溫度60℃，烘干時間10h；
步驟9，對浸藥處理的制品表面噴涂HA，噴涂采用低溫等離子噴涂工藝，為了防止高溫對藥物藥效的影響，經過工藝優化，制品局部溫度控制在100℃以內。