骨科植入物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于骨科植入物制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用金屬注射成形技術(shù)制備骨科植入物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，骨科傷病譜出現(xiàn)了明顯的變化，例如:小兒麻痹癥、骨關(guān)節(jié)結(jié)核、骨髓炎等疾病明顯減少，而城鄉(xiāng)交通事故發(fā)生率的不斷增大引起的創(chuàng)傷明顯增多；同時(shí)我國(guó)人口老齡化，老年性骨質(zhì)疏松引起的骨折、骨關(guān)節(jié)病也將逐年增加。骨科植入物是手術(shù)治療該類骨創(chuàng)傷和關(guān)節(jié)疾病必需的醫(yī)療耗材。我國(guó)人口擺脫赤貧、對(duì)生存質(zhì)量的重視等因素將會(huì)使我國(guó)對(duì)骨科植入物的需求量迅速增長(zhǎng)。
[0003]骨科植入物屬高附加值醫(yī)療耗材，產(chǎn)品種類繁多(包括脊柱內(nèi)固定器、椎間融合器、夾骨板、骨釘?shù)?，廣泛應(yīng)用于骨科各類手術(shù)且市場(chǎng)需求量大。目前大部分骨科植入物產(chǎn)品依靠國(guó)外進(jìn)口，因而價(jià)格昂貴。骨科植入物產(chǎn)品多具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)(如外部切槽，夕卜螺紋等)，國(guó)內(nèi)企業(yè)通常采用傳統(tǒng)的機(jī)加工技術(shù)生產(chǎn)，工序繁瑣，原材料利用率低，生產(chǎn)成本高，難以自動(dòng)化批量生產(chǎn)。這將導(dǎo)致傳統(tǒng)加工技術(shù)無(wú)法滿足迅速增長(zhǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)骨科植入物一次成形和大批量生產(chǎn)、原材料利用率高、成本低廉的骨科植入物的制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種骨科植入物的制備方法，包括以下步驟:
(1)喂料制備:將金屬粉末或陶瓷粉末與粘結(jié)劑混合，金屬粉末與粘結(jié)劑、或者陶瓷粉末與粘結(jié)劑的質(zhì)量比均為80?95: 5?20，將所得混合物進(jìn)行加熱混煉，然后冷卻、制粒，得到喂料；
(2)注射成形:將喂料注射于模具中，注射溫度為140°C?180°C，注射壓力為5MPa?14MPa，注射速率為系統(tǒng)注射速率的30%?99%，模具溫度控制在30°C?45°C，模具壓力控制在2MPa?lOMPa，保壓0.6s?5s后，冷卻12s以上，得到生坯；
(3)脫脂:將生坯先進(jìn)行溶劑脫脂，然后進(jìn)行熱脫脂，得到脫脂坯；
(4)燒結(jié):將脫脂坯置于燒結(jié)爐中，先在真空條件下加熱升溫至80(TC?110(TC，然后在氬氣氣氛下升溫至1300°C?1600°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為90min?300min，得到骨科植入物。
[0006]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述金屬粉末包括不銹鋼粉末。
[0007]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述金屬粉末或陶瓷粉末的平均粒徑為Inm?80 μ m0
[0008]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為由聚丙烯、植物油、石蠟組成的混合物或者由聚丙烯、植物油、石蠟、微晶蠟組成的混合物。
[0009]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑中，聚丙烯、植物油、石蠟、微晶蠟的質(zhì)量比為 30 ?40: 20 ?30: 30 ?40: O ?25。
[0010]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟(I)中的混煉條件為:混煉時(shí)間Ih?5h，混煉溫度140°C?220°C。
[0011]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述溶劑脫脂采用的溶劑為二氯甲烷，所述溶劑脫脂的溫度為30°C?38°C ;所述熱脫脂的溫度為500°C?950°C，所述熱脫脂的氣氛為真空或氬氣氣氛。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明的制備方法主要通過金屬注射技術(shù)使骨科植入物一次成形，自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)模具大批量地生產(chǎn)，由于產(chǎn)品是一次成形，不需要進(jìn)行機(jī)加工，減少了材料消耗，原材料利用率高，生產(chǎn)成本大大降低，且擴(kuò)大了金屬注射成形工藝在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的骨科植入物將最終應(yīng)用于人體，骨科植入物的性能好壞直接關(guān)系到手術(shù)的效果乃至人的生命安全，本發(fā)明采用金屬注射成形技術(shù)制備的骨科植入物具有優(yōu)異的生物相容性和力學(xué)性能。與常規(guī)機(jī)加工方法相比，本發(fā)明的金屬注射一次成形技術(shù)將傳統(tǒng)粉末冶金成形技術(shù)與塑料注射技術(shù)相結(jié)合，克服二者結(jié)合的技術(shù)難點(diǎn)，可制造出許多具有復(fù)雜形態(tài)特征的金屬部件，并且產(chǎn)品的力學(xué)性能優(yōu)于模壓和精密鑄造。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中模具的外觀示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中骨科植入物的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖例說明:
1、灌注口 ；2、型腔。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]實(shí)施例1:
一種本發(fā)明的骨科植入物的制備方法，該骨科植入物可用于脊柱，該方法包括以下步驟:
(I)喂料制備:原料粉末采用316L不銹鋼粉末，平均粒徑為22 μ m，粘結(jié)劑由37%的聚丙烯、25%的植物油和38%的石蠟組成(按質(zhì)量百分比計(jì))，將316L不銹鋼粉末與粘結(jié)劑按92: 8的質(zhì)量比混合，將所得混合物加入捏合機(jī)中，于180°C下混煉lh，冷卻后破碎制粒，得到顆粒狀喂料。
[0019](2)注射成形:將顆粒狀喂料加入注射機(jī)并向模具(參見圖1和圖2)中進(jìn)行注射，注射溫度為160°C、注射壓力為lOMPa、注射速率為系統(tǒng)注射速率的90%，喂料經(jīng)灌注口 I直至模具的型腔2，模具溫度控制在40°C，模具壓力控制在8MPa，保壓2s后，冷卻20s，制得生坯。
[0020](3)脫脂:采用溶劑+熱脫脂兩步脫脂法。先將生坯進(jìn)行溶劑脫脂，采用的溶劑為二氯甲烷，設(shè)定溶劑脂的溫度為35°C，脫脂時(shí)間為8h，溶劑脫脂后，再進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂溫度為950°C，熱脫脂采用真空，制得脫脂坯。
[0021](4)燒結(jié):將脫脂坯放入燒結(jié)爐中，先在真空條件下加熱升溫至850°C，然后在氬氣氣氛下升溫至1350°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為lOOmin，燒結(jié)完成后，得到骨科植入物，該骨科植入物的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0022]利用本實(shí)施例的方法可以一次成形骨科植入物，尺寸精度達(dá)到±(0.3%?0.5%)，不需要進(jìn)行機(jī)加工，可大批量生產(chǎn)骨科植入物，極大地減少了材料的消耗，降低了生產(chǎn)成本，且制備的骨科植入物生物相容性好，其產(chǎn)品密度為7.8g.cm_3 (達(dá)理論密度的98%)，極限拉伸強(qiáng)度為630MPa、屈服強(qiáng)度為280MPa、延伸率為52%，綜合力學(xué)性能較好。
[0023]實(shí)施例2:
一種本發(fā)明的骨科植入物的制備方法，該骨科植入物可用于脊柱，該方法包括以下步驟:
(I)喂料制備:原料粉末采用17-4PH不銹鋼粉末，平均粒徑為22 μ m,粘結(jié)劑由40%的聚丙烯、20%的植物油和40%的石蠟組成(按質(zhì)量百分比計(jì))，將17-4PH不銹鋼粉末與粘結(jié)劑按90: 10的質(zhì)量比混合，將所得混合物加入捏合機(jī)中，于180°C下混煉lh，冷卻后破碎制粒，得顆粒狀喂料。
[0024](2)注射成形:將顆粒狀喂料加入注射機(jī)并向模具(參見圖1和圖2)中進(jìn)行注射，注射溫度為155°C、注射壓力為9MPa、注射速率為系統(tǒng)注射速率的80%，喂料經(jīng)灌注口 I直至模具的型腔2，模具溫度控制在35°C，模具壓力控制在7MPa，保壓2s后，冷卻25s，制得生坯。
[0025](3)脫脂:采用溶劑+熱脫脂兩步脫脂法。先將生坯進(jìn)行溶劑脫脂，采用的溶劑為二氯甲烷，設(shè)定溶劑脂的溫度為35 V，脫脂時(shí)間為8h，溶劑脫脂后，再進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂的溫度為950°C，熱脫脂采用真空，制得脫脂坯。
[0026](4)燒結(jié):將脫脂坯放入燒結(jié)爐中，先在真空條件下加熱升溫至850°C，然后在氬氣氣氛下升溫至1360°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為120min，燒結(jié)完成后，得到骨科植入物，該骨科植入物的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0027]利用本實(shí)施例的方法可以一次成形骨科植入物，尺寸精度達(dá)到±(0.3%?0.5%)，不需要進(jìn)行機(jī)加工，可大批量生產(chǎn)骨科植入物，極大地減少了材料的消耗，降低了生產(chǎn)成本，且制備的骨科植入物生物相容性好，其產(chǎn)品密度為7.8g.cm_3 (達(dá)理論密度的98%)，極限拉伸強(qiáng)度為513MPa、屈服強(qiáng)度為265MPa、延伸率為50%，綜合力學(xué)性能較好。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種骨科植入物的制備方法，包括以下步驟: (1)喂料制備:將金屬粉末或陶瓷粉末與粘結(jié)劑混合，金屬粉末與粘結(jié)劑、或者陶瓷粉末與粘結(jié)劑的質(zhì)量比均為80?95: 5?20，將所得混合物進(jìn)行加熱混煉，然后冷卻、制粒，得到喂料； (2)注射成形:將喂料注射于模具中，注射溫度為140°C?180°C，注射壓力為5MPa?14MPa，注射速率為系統(tǒng)注射速率的30%?99%，模具溫度控制在30°C?45°C，模具壓力控制在2MPa?lOMPa，保壓0.6s?5s后，冷卻12s以上，得到生坯； (3)脫脂:將生坯先進(jìn)行溶劑脫脂，然后進(jìn)行熱脫脂，得到脫脂坯； (4)燒結(jié):將脫脂坯置于燒結(jié)爐中，先在真空條件下加熱升溫至80(TC?110(TC，然后在氬氣氣氛下升溫至1300°C?1600°C進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為90min?300min，得到骨科植入物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬粉末包括不銹鋼粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬粉末或陶瓷粉末的平均粒徑為Inm?80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為由聚丙烯、植物油、石蠟組成的混合物或者由聚丙烯、植物油、石蠟、微晶蠟組成的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑中，聚丙烯、植物油、石蠟、微晶蠟的質(zhì)量比為30?40: 20?30: 30?40: O?25。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的混煉條件為:混煉時(shí)間Ih?5h，混煉溫度140°C?220°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述溶劑脫脂采用的溶劑為二氯甲烷，所述溶劑脫脂的溫度為30°C?38°C ;所述熱脫脂的溫度為500°C?950°C，所述熱脫脂的氣氛為真空或氬氣氣氛。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種骨科植入物的制備方法，該方法包括將金屬粉末或陶瓷粉末與粘結(jié)劑混合后經(jīng)加熱混煉、冷卻、制粒，得到喂料；將喂料在適宜的注射溫度、注射壓力和注射速率下注射至模具中，模具溫度為30℃～45℃，模具壓力為2MPa～10MPa，保壓并冷卻后，得到生坯；將生坯先后進(jìn)行溶劑脫脂和熱脫脂，得到脫脂坯；將脫脂坯置于燒結(jié)爐中，先在真空下加熱升溫至800℃～1100℃，然后在氬氣氣氛下升溫至1300℃～1600℃進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為90min～300min，得到骨科植入物。本發(fā)明的制備方法可實(shí)現(xiàn)骨科植入物一次成形和大批量生產(chǎn)、原材料利用率高、且成本低廉。
【IPC分類】B22F1-00, B22F3-22
【公開號(hào)】CN104772464
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410015648
【發(fā)明人】王國(guó)慧, 朱曬紅, 盧仁偉, 楊忠臣
【申請(qǐng)人】朱曬紅, 王國(guó)慧
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2014年1月14日