本文關(guān)鍵詞：基于羥基磷灰石的3D打印和燒結(jié)強化人工骨技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人工骨制備屬于個性化制造,不僅要求與患者的骨缺損部位相符合,還要有良好的力學(xué)性能,具有與人體骨組織相似的相互連通的微孔洞結(jié)構(gòu)。使用傳統(tǒng)加工方法(如車、銑、磨、鍛等),難以加工出內(nèi)部的微孔洞結(jié)構(gòu),往往需要很長的時間,產(chǎn)品不一定滿足個體化患者需求,經(jīng)常需要進一步的后處理加工。采用3D打印技術(shù)加工人工骨,理論上能加工出任意形狀的人工骨及其內(nèi)部的微孔洞結(jié)構(gòu),并能控制微空洞的數(shù)量、大小及分布,為細胞、血管等的長入提供生長空間,加快骨修復(fù)過程。本文研究的主要內(nèi)容包括:首先分析人工骨的傳統(tǒng)加工方法的局限性,結(jié)合3D打印技術(shù)的快速發(fā)展現(xiàn)狀,最終提出了一種采用3D打印技術(shù)加工多孔人工骨的方案:采用三維打印法(3DP)加工羥基磷灰石生物陶瓷,使用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑,使用無水檸檬酸作為造孔劑,使用氧化鋯作為增韌物質(zhì)。在設(shè)計新方案的過程中,在一些重要方面進行了理論分析研究:3D打印技術(shù)相對于傳統(tǒng)人工骨加工方法的優(yōu)點,不同的3D打印技術(shù)對于人工骨加工的優(yōu)缺點,陶瓷燒結(jié)強化方式的選擇,多孔生物陶瓷相對于致密生物陶瓷的優(yōu)勢,新型三維打印機的性能要求,人工骨陶瓷基體材料的選擇,粘結(jié)劑、造孔劑、增韌物質(zhì)的選擇、生物陶瓷的性能評價指標(biāo)等。結(jié)合提出的方案,在借鑒普通的三維打印機的基礎(chǔ)上做出了一些改進,例如Z方向工作臺的傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計,添加可以噴射不同類型材料的多噴頭結(jié)構(gòu),造孔劑添加量與孔隙率的關(guān)系等,對新型3D打印機的工藝流程、系統(tǒng)組成、性能要求、加工誤差分析等方面進行了研究。在本文的后半部分,在理論上研究了羥基磷灰石的燒結(jié)特性,選擇了合適的燒結(jié)方式(微波燒結(jié))。通過試驗確定了不同的陶瓷材料成分比例對陶瓷力學(xué)性能的影響,最終確定了合適的材料比例:將不同比例的造孔劑、增韌物質(zhì)加入到羥基磷灰石粉末中進行燒結(jié),研究材料成分、添加量對陶瓷力學(xué)性能的影響,為以后加工出滿足力學(xué)性能和生物相容性的、符合患者需求的生物陶瓷人工骨奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：人工骨 3D打印 生物陶瓷 骨修復(fù) 微波燒結(jié)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08;TP391.73
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 3D打印技術(shù)介紹8-11
• 1.1.1 3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用8-9
• 1.1.2 3D打印技術(shù)原理簡介9-11
• 1.2 人工骨介紹11-13
• 1.2.1 骨修復(fù)材料的需求11-12
• 1.2.2 當(dāng)前 3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用12-13
• 1.3 本課題的研究內(nèi)容及意義13-14
• 1.3.1 研究內(nèi)容13
• 1.3.2 研究意義13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-16
• 2 3D打印技術(shù)與骨骼修復(fù)技術(shù)的有機結(jié)合16-32
• 2.1 加工方法的確定16-22
• 2.1.1 人工骨的加工方法16-18
• 2.1.2 不同 3D打印方法在人工骨加工方面的比較18-20
• 2.1.3 人工骨陶瓷的燒結(jié)方法20-22
• 2.2 材料成分的選擇22-30
• 2.2.1 人工骨材料的分類22-23
• 2.2.2 羥基磷灰石介紹23-24
• 2.2.3 打印材料羥基磷灰石的要求24
• 2.2.4 羥基磷灰石復(fù)合材料的優(yōu)勢24-26
• 2.2.5 羥基磷灰石生物陶瓷的不同分類26-28
• 2.2.6 多孔羥基磷灰石陶瓷的優(yōu)勢28
• 2.2.7 粘結(jié)劑的選擇28-29
• 2.2.8 造孔劑的選擇29
• 2.2.9 增韌物質(zhì)的選擇29-30
• 2.3 加工方案30-31
• 2.3.1 建立模型30
• 2.3.2 增材成形30-31
• 2.3.3 燒結(jié)強化31
• 2.3.4 性能評價31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 3 三維打印機的系統(tǒng)設(shè)計32-58
• 3.1 基于現(xiàn)有 3D打印機進行創(chuàng)新性改進32-36
• 3.1.1 普通三維打印機的局限性32-33
• 3.1.2 噴頭數(shù)量的確定33-35
• 3.1.3 粉末材料的混合腔體設(shè)計35
• 3.1.4 孔隙率的計算判斷35-36
• 3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)36-50
• 3.2.1 軟件控制系統(tǒng)36-37
• 3.2.2 硬件控制系統(tǒng)37-38
• 3.2.3 機械系統(tǒng)組成38-41
• 3.2.4 工作臺的Z向運動41-46
• 3.2.5 噴射方式選擇46-48
• 3.2.6 三維打印機的工藝流程48-50
• 3.3 工藝優(yōu)化50-56
• 3.3.1 制件可能存在的缺陷及應(yīng)對措施50-52
• 3.3.2 成形誤差分析52-53
• 3.3.3 三維打印工藝參數(shù)53-55
• 3.3.4 三維打印機的技術(shù)參數(shù)要求55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 4 羥基磷灰石燒結(jié)特性及試驗研究58-74
• 4.1 燒結(jié)強化工藝58-60
• 4.2 力學(xué)性能和物理特性檢測60-61
• 4.3 試驗方案61-64
• 4.3.1 本試驗的增材成形工藝61-63
• 4.3.2 本試驗的燒結(jié)強化工藝63-64
• 4.4 試驗設(shè)計64-69
• 4.4.1 試驗一燒結(jié)條件的研究64-67
• 4.4.2 試驗二不同的材料添加量的研究67-69
• 4.5 試驗結(jié)果與分析69-73
• 4.5.1 試驗一的結(jié)果分析69-70
• 4.5.2 試驗二的結(jié)果分析70-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 5 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 全文總結(jié)74
• 5.2 研究展望74-76
• 致謝76-78
• 參考文獻78-81

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