一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結(jié)件置放工作臺，光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設(shè)置在安裝平臺一之上；在安裝平臺二之上設(shè)置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構(gòu)X軸、前后運動機構(gòu)Y軸、垂直運動機構(gòu)Z軸和載物臺組成，載物臺上設(shè)置惰性氣體保護(hù)裝置，惰性氣體保護(hù)裝置包括燒結(jié)件置放臺、定位銷和通氣管。本實用新型將激光聚焦系統(tǒng)和燒結(jié)件置放工作臺分別固定在不同的安裝平臺上，有效消除了燒結(jié)運動引起的振動對激光聚焦系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，從而大大提高了燒結(jié)件的精度。同時，本實用新型增加了惰性氣體保護(hù)裝置，能有效防止激光選區(qū)燒結(jié)過程中鎂金屬的氧化，從而能最大限度地保持多孔鎂金屬骨支架燒結(jié)產(chǎn)品的生物性能。
【專利說明】一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，尤其涉及面向骨缺損修復(fù)中金屬骨支架制備的燒結(jié)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口老齡化和各種創(chuàng)傷的增加，生物材料的需求日益增長，特別是對于較大尺寸的骨缺損，很大程度上不得不依靠骨支架移植進(jìn)行修復(fù)。作為長期植入人體的骨支架應(yīng)滿足以下要求:良好的生物相容性、優(yōu)越的機械性能、低的彈性模量等。
[0003]目前骨支架材料主要有:金屬、聚合物和陶瓷等，這些材料都有其本身不可克服的缺陷，如傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料、高分子材料和一些生物陶瓷材料在體內(nèi)表現(xiàn)為生物惰性，與組織結(jié)合不牢固，容易松動而導(dǎo)致失敗。與傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料相比，金屬鎂具有優(yōu)良的特性，如較低的彈性模量，適當(dāng)?shù)膹姸?，?yōu)異的生物相容性等，并且鎂是人體含量第4豐富的陽離子，能夠刺激新骨形成。鎂已被認(rèn)為是一種革命性的金屬生物材料。
[0004]人骨是由疏松的多孔組織構(gòu)成的，由此可以考慮用多孔材料來作為骨支架。多孔的金屬鎂植入人體后，人體的血管和肌肉可以長入其孔隙內(nèi)，便于人體組織運送血液和營養(yǎng)，更重要的是鎂本身在生物體內(nèi)可以逐漸降解，由新的骨組織長出而逐漸替代原先的骨支架，更重要的是，可通過調(diào)節(jié)它的孔隙率和孔徑使其具有與人體骨相同或相近的彈性模量，這樣在植人人體后，人體和植入體可以同時受力，不會因為彈性模量的不同而導(dǎo)致受力不均。
[0005]激光選區(qū)燒結(jié)工藝能實現(xiàn)人工骨支架所需要的復(fù)雜三維實體外形，并可通過控制激光光斑的大小和掃描間距相匹配實現(xiàn)所要求的內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)。但目前沒有一種專門適用于制備多孔鎂金屬骨支架的激光燒結(jié)設(shè)備。因為一般的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備在制備多孔鎂金屬骨支架時，存在著燒結(jié)件精度不高、鎂金屬易氧化等缺陷，從而影響其作為生物材料的性能，導(dǎo)致其生物相容性或生物可吸收性降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于現(xiàn)有激光燒結(jié)設(shè)備所存在的上述缺陷，本實用新型提供了一種專用于制備多孔鎂金屬骨支架的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備。
[0007]本實用新型的詳細(xì)技術(shù)方案為:一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結(jié)件置放工作臺，光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設(shè)置在安裝平臺一之上；在安裝平臺二之上設(shè)置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構(gòu)X軸、前后運動機構(gòu)X軸、垂直運動機構(gòu)2軸和載物臺組成，載物臺上設(shè)置惰性氣體保護(hù)裝置，惰性氣體保護(hù)裝置包括燒結(jié)件置放工作臺、定位銷和通氣管。
[0008]作為更進(jìn)一步地優(yōu)化設(shè)計，為方便激光聚焦系統(tǒng)掃描，安裝平臺一之上固定一個倒I型的支撐架，支撐架的懸臂上安裝滑槽板，激光聚焦系統(tǒng)通過固定板可調(diào)節(jié)式安裝在滑槽板上。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0010](1)本實用新型將激光聚焦系統(tǒng)和燒結(jié)件置放工作臺分別固定在不同的安裝平臺上，選區(qū)燒結(jié)時，燒結(jié)件置放工作臺設(shè)置在載物臺上，載物臺所在的三維運動平臺固定在安裝平臺二上，它根據(jù)計算機控制信息進(jìn)行三維運動，而激光聚焦系統(tǒng)在安裝平臺一上靜止不動，這種動靜分離的方式有效消除由于燒結(jié)運動引起的振動對激光產(chǎn)生的干擾，從而大大提高了燒結(jié)件的精度，符合金屬骨支架對精度要求較高的特點。
[0011](2)同時，本實用新型增加了惰性氣體保護(hù)裝置，能有效防止激光選區(qū)燒結(jié)過程中鎂金屬的氧化，從而能最大限度地保持多孔鎂金屬骨支架的生物性能。
[0012](3)本實用新型的激光聚焦系統(tǒng)采用滑槽板安裝在支撐架懸臂上，可以用來微調(diào)激光頭與燒結(jié)件的距離，能有效避免由于激光頭安裝所帶來的誤差。使用本選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，能將多孔鎂金屬骨支架的孔隙大小、多少、形狀等通過計算機軟件設(shè)計的二維掃描信息制造出來，設(shè)備成本較低，骨支架易于加工且精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為支撐架局部結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3為惰性氣體保護(hù)裝置局部結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖4為三維運動平臺局部結(jié)構(gòu)圖。
[0017]其中1:安裝平臺一；2:光纖激光器；3.支撐架；4:激光聚焦系統(tǒng)；5:惰性氣體保護(hù)裝置；6:三維運動平臺；7:安裝平臺二 ；3-1:為滑槽板；3-2:固定板；5-1:燒結(jié)件置放臺；5-2:定位銷；5-3:通氣管；6-1 4軸運動機構(gòu):6-2 4軸運動機構(gòu)；6-3:2軸運動機構(gòu)；
6-4:載物臺。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實例進(jìn)一步說明本實用新型，即專用于多孔鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，本部分是對本實用新型具體實施的詳細(xì)闡述，不應(yīng)理解為對本實用新型保護(hù)范圍的限定。
[0019]將光纖激光器固定在安裝平臺一上。同時，在安裝平臺一上固定一個倒[型的支撐架，支撐架的懸臂上安裝滑槽板，激光聚焦系統(tǒng)通過固定板安裝在滑槽板上，根據(jù)需要在滑槽板上調(diào)節(jié)位置。在另外一個安裝平臺，即安裝平臺二之上設(shè)置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構(gòu)X軸、前后運動機構(gòu)X軸、垂直運動機構(gòu)2軸和載物臺組成，載物臺上設(shè)置惰性氣體保護(hù)裝置，惰性氣體保護(hù)裝置包括燒結(jié)件置放臺、定位銷、通氣管和安裝孔。其中，光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和三維運動平臺的來源及參數(shù)為:
[0020](1)光纖激光器:采用深圳市創(chuàng)鑫激光技術(shù)有限公司的11^光纖激光器，其中心波長:106411111 ；平均功率:1001 ；光束質(zhì)量:〈1 4 ；光斑直徑:6 ；功率調(diào)節(jié)范圍:5?100% ；激光器尺寸/重量:1487相120札415臟以231^，
[0021]激光聚焦系統(tǒng):聚焦后光斑直徑:5011111 ；聚焦系統(tǒng)直徑:20111111 ；工作距離:150111111。
[0022](2) \、\軸高精密電控平移臺(型號指標(biāo):行程300臟；重復(fù)定位精度〈311111 ；回程間隙〈511111 ；速度不低于2000臟加111 ；運動直線度/平行度〈3011111程范圍內(nèi)?；俯仰/偏擺〈45〃(300^行程范圍內(nèi))；加防塵罩；配置日本松下伺服電機。
[0023](3)2軸高精密電控平移臺(型號￡13^-300?，指標(biāo):行程300臟；配置進(jìn)口(西班牙發(fā)格公司)光柵尺，閉環(huán)分辨率III；重復(fù)定位精度回程間隙；速度不低于2000臟/111111 ；運動直線度/平行度〈3011111 (300111111行程范圍內(nèi))；俯仰/偏擺〈45〃 (300111111行程范圍內(nèi))；加防塵罩；含失電保護(hù)裝置，含直角固定塊(固定2軸 ?；配置日本松下伺服電機。
[0024]工作時，先在惰性氣體保護(hù)裝置中通入氬氣，形成燒結(jié)所需要的氣壓。采用預(yù)置粉末的方式，將鎂粉末預(yù)鋪在基板上，放入燒結(jié)件置放臺中，開啟光纖激光器，由計算機控制三維運動平臺依據(jù)骨支架結(jié)構(gòu)的二維信息運動，激光聚焦系統(tǒng)在氬氣保護(hù)下掃描燒結(jié)基板上預(yù)置的鎂粉末材料，燒結(jié)完一層后，取出燒結(jié)件，再次進(jìn)行鋪粉、熔化燒結(jié)，不斷重復(fù)此過程，直到獲得所需要的燒結(jié)件，利用高壓氣體把燒結(jié)件中未燒結(jié)的粉末去除，最終得到所需要的多孔鎂金屬骨支架。
【權(quán)利要求】
1.一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結(jié)件置放工作臺，其特征在于:光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設(shè)置在安裝平臺一之上，在安裝平臺二之上設(shè)置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構(gòu)X軸、前后運動機構(gòu)Y軸、垂直運動機構(gòu)Z軸和載物臺組成，載物臺上設(shè)置惰性氣體保護(hù)裝置，惰性氣體保護(hù)裝置包括燒結(jié)件置放工作臺、定位銷和通氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，其特征在于:所述安裝平臺一之上固定一個支撐架，支撐架上安裝滑槽板，激光聚焦系統(tǒng)通過固定板可調(diào)節(jié)式安裝在滑槽板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，其特征在于:所述支撐架為倒L型，倒L型支撐架的懸臂上安裝滑槽板，激光聚焦系統(tǒng)通過固定板可調(diào)節(jié)式安裝在滑槽板上。
【文檔編號】B22F5/10GK204108311SQ201420617007
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】帥詞俊, 彭淑平, 帥熊, 高成德, 馮佩 申請人:中南大學(xué)深圳研究院