一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結設備的制作方法
【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)燒結設備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結件置放工作臺，光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設置在安裝平臺一之上；在安裝平臺二之上設置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構X軸、前后運動機構Y軸、垂直運動機構Z軸和載物臺組成，載物臺上設置惰性氣體保護裝置，惰性氣體保護裝置包括燒結件置放臺、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，有效消除了燒結運動引起的振動對激光聚焦系統(tǒng)產生的干擾，從而大大提高了燒結件的精度。同時，本實用新型增加了惰性氣體保護裝置，能有效防止激光選區(qū)燒結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產品的生物性能。
【專利說明】一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光選區(qū)燒結設備，尤其涉及面向骨缺損修復中金屬骨支架制備的燒結設備。

【背景技術】
[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行修復。作為長期植入人體的骨支架應滿足以下要求: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表現為生物惰性，與組織結合不牢固，容易松動而導致失敗。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，適當的強度，優(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，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致受力不均。
[0005]激光選區(qū)燒結工藝能實現人工骨支架所需要的復雜三維實體外形，并可通過控制激光光斑的大小和掃描間距相匹配實現所要求的內部微孔結構。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設備。因為一般的激光選區(qū)燒結設備在制備多孔鎂金屬骨支架時，存在著燒結件精度不高、鎂金屬易氧化等缺陷，從而影響其作為生物材料的性能，導致其生物相容性或生物可吸收性降低。


【發(fā)明內容】

[0006]基于現有激光燒結設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)燒結設備。
[0007]本實用新型的詳細技術方案為:一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結設備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結件置放工作臺，光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設置在安裝平臺一之上；在安裝平臺二之上設置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構X軸、前后運動機構X軸、垂直運動機構2軸和載物臺組成，載物臺上設置惰性氣體保護裝置，惰性氣體保護裝置包括燒結件置放工作臺、定位銷和通氣管。
[0008]作為更進一步地優(yōu)化設計，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)通過固定板可調節(jié)式安裝在滑槽板上。
[0009]與現有技術相比，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)和燒結件置放工作臺分別固定在不同的安裝平臺上，選區(qū)燒結時，燒結件置放工作臺設置在載物臺上，載物臺所在的三維運動平臺固定在安裝平臺二上，它根據計算機控制信息進行三維運動，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運動引起的振動對激光產生的干擾，從而大大提高了燒結件的精度，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裝置，能有效防止激光選區(qū)燒結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，可以用來微調激光頭與燒結件的距離，能有效避免由于激光頭安裝所帶來的誤差。使用本選區(qū)燒結設備，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計的二維掃描信息制造出來，設備成本較低，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)燒結設備結構圖；
[0014]圖2為支撐架局部結構圖；
[0015]圖3為惰性氣體保護裝置局部結構圖；
[0016]圖4為三維運動平臺局部結構圖。
[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:燒結件置放臺；5-2:定位銷；5-3:通氣管；6-1 4軸運動機構:6-2 4軸運動機構；6-3:2軸運動機構；
6-4:載物臺。

【具體實施方式】
[0018]下面結合實例進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)燒結設備，本部分是對本實用新型具體實施的詳細闡述，不應理解為對本實用新型保護范圍的限定。
[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，根據需要在滑槽板上調節(jié)位置。在另外一個安裝平臺，即安裝平臺二之上設置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構X軸、前后運動機構X軸、垂直運動機構2軸和載物臺組成，載物臺上設置惰性氣體保護裝置，惰性氣體保護裝置包括燒結件置放臺、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為:
[0020](1)光纖激光器:采用深圳市創(chuàng)鑫激光技術有限公司的11^光纖激光器，其中心波長:106411111 ；平均功率:1001 ；光束質量:〈1 4 ；光斑直徑:6 ；功率調節(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:行程300臟；重復定位精度〈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?；俯仰/偏擺〈45〃(300^行程范圍內)；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:行程300臟；配置進口(西班牙發(fā)格公司)光柵尺，閉環(huán)分辨率III；重復定位精度回程間隙；速度不低于2000臟/111111 ；運動直線度/平行度〈3011111 (300111111行程范圍內)；俯仰/偏擺〈45〃 (300111111行程范圍內)；加防塵罩；含失電保護裝置，含直角固定塊(固定2軸 ?；配置日本松下伺服電機。
[0024]工作時，先在惰性氣體保護裝置中通入氬氣，形成燒結所需要的氣壓。采用預置粉末的方式，將鎂粉末預鋪在基板上，放入燒結件置放臺中，開啟光纖激光器，由計算機控制三維運動平臺依據骨支架結構的二維信息運動，激光聚焦系統(tǒng)在氬氣保護下掃描燒結基板上預置的鎂粉末材料，燒結完一層后，取出燒結件，再次進行鋪粉、熔化燒結，不斷重復此過程，直到獲得所需要的燒結件，利用高壓氣體把燒結件中未燒結的粉末去除，最終得到所需要的多孔鎂金屬骨支架。
【權利要求】
1.一種面向鎂金屬骨支架制備的激光選區(qū)燒結設備，包括光纖激光器、激光聚焦系統(tǒng)和燒結件置放工作臺，其特征在于:光纖激光器與激光聚焦系統(tǒng)電連接后設置在安裝平臺一之上，在安裝平臺二之上設置有一個三維運動平臺，三維運動平臺由水平運動機構X軸、前后運動機構Y軸、垂直運動機構Z軸和載物臺組成，載物臺上設置惰性氣體保護裝置，惰性氣體保護裝置包括燒結件置放工作臺、定位銷和通氣管。
2.根據權利要求1所述的激光選區(qū)燒結設備，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)通過固定板可調節(jié)式安裝在滑槽板上。
3.根據權利要求2所述的激光選區(qū)燒結設備，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:中南大學深圳研究院