本發明屬于生物醫用金屬領域，尤其涉及一種粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架的制備方法及裝置。

背景技術：

1、目前，骨組織工程支架主要分為可降解支架和不可降解支架兩類，可降解支架包含多孔生物陶瓷及聚乳酸等，其雖有良好的生物降解性能及生物活性，但無法提供足夠的力學性能支撐骨修復；不可降解支架主要有不銹鋼、鉭、鈦合金等，其具有優良的力學性能，在載荷方面有天然優勢，但其存在應力屏蔽效應，且需二次手術取出，無法滿足實際臨床需求。

2、在金屬氧化物中，氧化鋅（zno）因其通用性和多功能性而成為研究最多的金屬氧化物之一，但不同方法（如摻雜熔融法、多晶濺射法、溶膠凝膠法、水解法等）所制備的氧化鋅性能均有不同程度上的差異，而經燒結而成的氧化鋅對成骨、成血管以及抗菌方面的影響仍然未知。

3、多孔支架除需具備足夠的力學性能維持骨生長空間外，還需合理的仿生結構（尺寸、孔隙率）來保證營養物質在支架內的運輸及廢物代謝（滲透性）；tpms結構可根據目標骨組織設計其彎曲形狀、孔隙率及層厚，在確保足夠的機械性能的同時還具備合適的滲透性；研究表明，骨組織生長的最佳孔徑范圍是200~350?μm，支架的孔隙率在?50~80%之間；然而，如此細小孔徑及滿足頜骨缺損形狀的結構無法采用傳統的鑄造、鍛造及粉末冶金的加工工藝制備。

4、目前金屬增材制造技術主要有粉床熔融成形（powder?bed?fusion,?pbf）、激光立體成形技術（(laser?solid?forming,?lsf）、電子束熔絲沉積技術(electronbeamfreeformfabrication,?ebff)、粘結劑噴射成形（binder?jetting,?bj），激光粉床熔融成形（l-pbf）技術在醫用金屬領域的應用主要集中在不可降解金屬，包括純鈦、鈦合金、鈷基合金等；雖然已有學者將l-pbf技術應用到可降解金屬的3d打印，但由于zn合金相較于傳統生物惰性金屬有著較低的熔點和較高的化學活性，打印過程中的蒸發問題及成形過程易燃易爆問題使其安全性不容忽視。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對上述存在的技術問題，提供一種粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架的制備方法及裝置,達到了具備良好腐蝕穩定性、細胞相容性、成骨性能、成管性能和抗菌性能優異的效果。

2、有鑒于此，本發明提供一種粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：通過軟件設計所需孔隙率為50～90%、桿徑為50～500?μm?的多孔網絡結構；

4、s2：取鋅基金屬粉末作為原料，使用粘結劑噴射金屬3d打印機制備多孔支架生胚；

5、s3：將多孔支架生胚置于溫度為150～250℃的烘箱內固化1～4h，脫去部分粘結劑；

6、s4：將多孔支架生胚轉移至300～500℃的馬弗爐內脫脂1～5h；

7、s5：將多孔支架生胚轉移至550～1200℃的馬弗爐中燒結1～5h；

8、s6：冷卻至室溫后得到粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架。

9、在上述技術方案中，進一步的：

10、s1中的多孔網格結構可以為三維周期極小曲面結構、蜂窩結構或拓撲結構形成的互通或封閉孔洞構成。

11、在上述技術方案中，進一步的：

12、所述純鋅和鋅合金粉末可以采用霧化或球磨的方式制得。

13、在上述技術方案中，進一步的：

14、所述鋅基金屬粉末為純鋅、zn-mg、zn-cu、zn-ca、zn-sr、zn-se、zn-re、zn-mn、zn-ge、zn-li、zn-fe中的一種。

15、在上述技術方案中，進一步的：

16、s6中的冷卻可以采用空冷、水冷或爐冷。

17、本發明提供一種粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架的制備裝置，包括：

18、爐體，包括內腔室和安裝內腔室內壁上的加熱機構；

19、置物架，安裝在內腔室，且包括轉軸和安裝在轉軸上的置物盤，并用于放置多孔支架生胚；

20、驅動機構，安裝在爐體上，且包括動力組件和用于將動力源的動力傳動到轉軸來驅動置物架轉動的傳動組件；

21、其中，所述動力組件包括環繞內腔室設置的外腔室，其內部儲存有水，且水由加熱機構的余熱加熱并形成蒸汽來推動傳動組件來驅動置物架轉動。

22、在上述技術方案中，進一步的，所述傳動組件包括：

23、缸體，安裝在爐體上，且內部開設有活塞腔，并在活塞腔的內壁上開設有出氣口；

24、活塞，滑動安裝在活塞腔內；

25、輸入管，兩端分別與活塞腔和外腔室連通；

26、出氣管，安裝在出氣口，且用于將蒸汽從活塞腔導出；

27、棘輪，套設在轉軸上；

28、支架，安裝在活塞遠離輸入管的一端，且等間距設有多個與棘輪適配的棘爪；

29、彈簧，兩端分別與支架和缸體抵接，且用于與蒸汽對活塞的作用力配合，促使活塞在活塞腔內做往復移動；

30、其中，所述活塞遠離輸入管移動時能打開出氣口并壓縮彈簧以及驅動棘爪與棘輪卡接，所述活塞靠近輸入管移動時能關閉出氣口并復位彈簧以及棘爪與棘輪不卡接。

31、在上述技術方案中，進一步的，所述動力組件還包括：

32、補水管，連接在外腔室，且用于向外腔室內補水；

33、電磁閥，安裝在補水管上，且用于補水管的啟閉；

34、自控開關，安裝在外腔室，且用于根據外腔室內的水位控制電磁閥的啟閉；

35、電源，用于為電磁閥供電。

36、在上述技術方案中，進一步的，所述自控開關包括：

37、第一供電線，一端連接電磁閥，另一端連接電源；

38、第二供電線，包括第一子電線和第二子電線，且第一子電線一端與電磁閥連接，另一端延伸至外腔室內形成高位電觸點，第二子電線一端與電源連接，另一端延伸至外腔室內形成低位電觸點；

39、其中，所述電磁閥為常開型電磁閥。

40、在上述技術方案中，進一步的，所述自控開關還包括：

41、罩體，安裝在外腔室的內壁上，且高位電觸點位于罩體內，并在罩體底部開設有進水口，頂部開設有出氣口；

42、浮板，安裝在罩體內，且用于蓋住進水口，并能夠在外腔室內的水位上升時跟隨上升；

43、其中，所述浮板無法被上升的蒸汽抬升。

44、本發明的有益效果為：

45、1.通過上述方法制備的粘接劑噴射3d打印多孔zno/zn骨重建支架，具備良好腐蝕穩定性、細胞相容性、成骨性能、成管性能和抗菌性能，有望成為新一代潛在的可降解頜面部骨缺損植體材料。

46、2.通過采用粘結劑噴射成形（binder?jetting,?bj），使用噴墨打印頭將粘合劑噴到粉末里，將一層粉末在選擇區域內粘合，下一層粉末又會同之前的粉層通過粘合劑的滲透結合為一體，如此層層疊加制造出三維結構的物體，最后進行脫脂和燒結，使其致密化并獲得機械性能良好的零件；無需支撐結構，最大限度地減少后處理流程，生產率和粉末利用率高，粉末回收利用可達100%，且室溫操作無需氣體保護。

47、3.通過在燒結時，采用動力組件產生推力來促使傳動組件驅動置物架轉動，從而使得在對多孔支架生胚進行燒結時，有效提高加熱的均勻性，避免局部受熱過高或過低而影響產品質量。

48、4.通過將動力組件采用加熱機構的余熱加熱水來形成蒸汽作為動力源，能夠有效的提高能源利用率，避免額外動力輸入，提高了整個裝置能效，同時產生的蒸汽可以收集后用于其他地方，進一步提高能源利用率，并且采用水變成蒸汽的方式，起到較好的節能環保的效果。