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光固化陶瓷/冷冻发泡技术制造复合陶瓷骨替代物

光固化陶瓷/冷冻发泡技术制造复合陶瓷骨替代物

供稿人:武向权,连芩   发布日期:2017-11-14
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德国弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所的M. Ahlhelm等人将光固化陶瓷技术(Lithography-based Ceramic Manufacturing,LCM)与冷冻发泡(Freeze Foaming)技术相结合,制造出了外层为致密氧化锆,内层为多孔羟基磷灰石的复合陶瓷骨替代物。

骨替代物需要具有类似真实骨组织的力学和生物学性能,较难采用单一技术进行制造,利用多种技术,采取共制造(co-manufacturing)的方法可以为骨替代物制造开辟新路径。

首先利用光固化陶瓷技术制造氧化锆陶瓷素坯壳体,为了防止在冷冻发泡过程中出现的素坯裂纹,氧化锆壳体需要进行脱脂和预烧结(900℃),预烧结的壳体具有一定强度,可以保证在后续的工艺中不产生损坏。然后将水基羟基磷灰石浆料灌注进壳体内,在真空冷冻干燥机中进行冷冻发泡并干燥。最后进行脱脂和烧结处理(1450℃)。工艺路线如图1所示。

图1 (a)预烧结光固化制造氧化锆壳体(b)加入水基羟基磷灰石浆料原位冷冻发泡(c)共烧结处理

制造完成的复合陶瓷骨替代物内部具有连通的孔状结构,且氧化锆-羟基磷灰石界面结合较好,如图2。

图2 (a)共制造的复合陶瓷骨替代物(b)氧化锆-羟基磷灰石界面(c)氧化锆-羟基磷灰石界面
图3 复合骨替代物CT扫描重建

结合了增材制造方法,该技术具有非常广泛的适应性,方便地采用具有良好的生物相容性的材料来制造个性化的骨植入物,所制出的多孔结构具有连通性,具有良好的应用前景。

参考文献:

  1. Ahlhelm M, Günther P, Scheithauer U, et al. Innovative and novel manufacturing methods of ceramics and metal-ceramic composites for biomedical applications[J]. J Eur Ceram Soc, 2016, 36(12): 2883-2888.