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原文传递仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置及方法

专利名称：	仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置及方法
摘要：	本发明公开了一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置及方法，本发明所述的装置，将连续纤维预处理装置与陶瓷浆料挤出装置结合，实现了连续纤维增强陶瓷骨支架3D打印装置的一体化设计。本发明的方法所采用的纤维预处理材料为与基体材料相同但固含量较低的陶瓷浆料，固含量较低的陶瓷浆料具有更好的浸润性，不仅可以黏附于碳纤维复丝的外部，还可以渗入碳纤维复丝内部，实现黏附，从而提高复合材料的生物性能。
专利类型：	发明专利
申请人：	陕西科技大学
发明人：	赵雪妮;刘傲;魏森森;杨智;陈雪岩;郑佳梅;王力宏
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010060243.X
公开号：	CN111168807A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	郭瑶
分类号：	B28B1/00;B33Y70/10;C04B35/80;C04B38/00;C04B35/626;C04B35/447;A47K7/03;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/10;B;C;A;B28;B33;C04;A47;B28B;B33Y;C04B;A47K;B28B1;B33Y70;C04B35;C04B38;A47K7;B33Y10;B33Y30;B33Y40;B28B1/00;B33Y70/10;C04B35/80;C04B38/00;C04B35/626;C04B35/447;A47K7/03;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/10
申请人地址：	710021 陕西省西安市未央区大学园
主权项：	1.一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置，其特征在于，包括纤维预处理装置和复合材料挤出装置；所述纤维预处理装置包括储丝辊(1)和预处理槽(5)，所述预处理槽(5)上端设有进丝口(3)和进料口(4)，下端设有出丝口(7)，出丝口(7)安装有加热导管(8)，加热导管(8)固定于加热块(9)中，加热块(9)下方设有纤维进给装置(10)；所述复合材料挤出装置包括挤出料筒(20)和螺筒(14)，螺筒(14)上开设有浆料输入口(18)，所述挤出料筒(20)一端与气动装置(21)连接，另一端开设有出料口，出料口通过输料管(19)与浆料输入口(18)连接；螺筒(14)中安装有螺杆(15)，螺杆(15)由动力装置驱动，螺筒(14)前端向下延伸有延伸部，延伸部下端固定有喷嘴(12)，喷嘴(12)外部下方设置有剪切装置(22)。 2.根据权利要求1所述的一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置及工艺，其特征在于，纤维进给装置(10)包括主动轮和从动轮，主动轮为齿轮，从动轮为圆盘，从动轮和主动轮之间的间距为包裹低固相比浆料的碳纤维。 3.根据权利要求1所述的一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置，其特征在于，所述预处理槽(5)内部设有两列用于张紧纤维的张紧辊(6)。 4.根据权利要求1所述的一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印装置，其特征在于，所述延伸部中设固定有纤维导管(11)，纤维导管(11)上端伸出延伸部，下部与喷嘴(12)连接。 5.一种基于权利要求1所述的打印装置的仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将去离子水和丙三醇按照7:3～8:2的质量比混合配制成溶液A；步骤2、在溶液A中加入聚丙烯酸铵，聚丙烯酸铵的质量为HA粉末质量的1％～2％，搅拌均匀，调节其PH值为9后得到溶液B；步骤3、将溶液B与HA粉末进行混合，分别配制低固相比和高固相比的HA悬浮液，低固相比的HA悬浮液的固相比为5％～10％，高固相比的HA悬浮液的固相比为20％～30％；步骤4、在步骤3配制的低固相比和高固相比的HA悬浮液中分别加入羟丙基甲基纤维素作为粘结剂，并球磨得到低固相比浆料和高固相比浆料；步骤5、将碳纤维(2)从进丝口(3)进入预处理槽(5)中，经纤维进给装置(10)后引入喷嘴(12)；步骤6、将低固相比浆料从进料口(4)加入预处理槽(5)中，高固相比浆料加入挤出料筒(20)中；步骤7、在纤维进给装置(10)的驱动下，浸润有低固相比浆料的碳纤维(2)通过出丝口(7)进入加热导管(8)中，通过加热块(9)的加热，完成固化；步骤8、固化后的碳纤维(2)通过纤维进给装置(10)送入喷嘴(12)；步骤9、气动装置(21)将挤出料筒(20)中的高固相比浆料通过输料管(19)输入至螺筒(18)内；步骤10、动力装置带动螺杆(15)转动，推动高固相比浆料逐渐向前运动至喷嘴(12)，在喷嘴(12)处，高固相比浆料包覆固化后的碳纤维，形成复合丝材；步骤11、复合丝材从喷嘴(12)处被不断挤出，三轴运动平台(13)中的XY运动平台按照打印路径运动，使得复合丝材不断堆积到XY运动平台上，待一层复合丝材打印结束后，剪切装置(22)切断喷嘴(12)出口处的复合丝材，之后Z轴升降台下降一个层厚的距离，改变打印方向，重复上述步骤，层层沉积实现多孔陶瓷骨支架的成型，得到多孔陶瓷骨支架坯体；步骤12、将打印好的多孔陶瓷骨支架坯体在室温下干燥12h～24h，然后在干燥箱中50℃～70℃干燥1h～2h，在马弗炉中以3℃/min升温至400℃～500℃，保温3h～4h，最后在热压炉中以1100℃～1200℃烧结3h～4h，得到多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架。 6.根据权利要求5所述的一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印方法，其特征在于，所述步骤3中，配制低好固相比和高固相比的HA悬浮液后，将低固相比和高固相比的HA悬浮液分别球磨。 7.根据权利要求5所述的一种仿生多孔连续碳纤维增强陶瓷骨支架的3D打印方法，其特征在于，所述步骤4中，在球磨完成的低固相比和高固相比的悬浮液中分别加入正丁醇。
所属类别：	发明专利