一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具的製作方法

2023-05-31 19:13:41

專利名稱：一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於骨組織工程支架模具領域，特別涉及一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具。
背景技術：
骨組織工程在解決臨床骨缺損這一棘手問題上具有許多優勢，今年來引起眾多關注。支架材料是骨組織工程的重要組成部分，是骨組織工程研究的關鍵問題之一。目前，碳纖維/聚合物骨組織工程所用的支架大多是二維的，幾層碳纖維堆疊起來，模具可以承受垂直方向上的壓力，但往往人體骨頭的受力較複雜，當支架受到剪切力時，碳纖維與聚合物可能產生分層，嚴重時可能導致支架散架，影響支架的使用壽命以及穩定性。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，該模具的製作簡單，尺寸穩定性好，可普遍應用於碳纖維/聚合物骨組織工程支架的澆鑄，以改善支架的穩定性和抗衝擊性能。本實用新型的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，包括無蓋外盒、水平纖維框、垂直位置固定板、垂直纖維支撐板和垂直纖維板，所述的水平纖維框通過插槽與垂直位置固定板固定連接，垂直位置固定板通過插槽與垂直纖維支撐板固定連接，垂直纖維支撐板通過插糟與垂直纖維板固定連接；所述的水平纖維框、垂直位置固定板、垂直纖維支撐板和垂直纖維板均位於無蓋外盒內。所述的水平纖維框之間相互平行，且間距相等；所述的垂直位置固定板的平面與水平纖維框的平面垂直，且垂直位置固定板的平面與水平纖維框不開槽邊的邊線平行。所述的垂直纖維支撐板與垂直位置固定板相互垂直，同時垂直纖維支撐板與垂直纖維板也相互垂直。所述的垂直纖維板之間相互平行，間距相等，且垂直於水平纖維板。水平纖維框的中間開有一個方形框。所述的水平纖維框、垂直位置固定板、垂直纖維支撐板和垂直纖維板的材料均為薄木板或均為膠片。本實用新型的碳纖維/聚合物骨組織工程用三維支架模具在二維模具的基礎上進行改進。初期使用鐵皮開槽銜接構成一個三維立體支架模具，但由於鐵皮不易開槽且槽的尺寸不易精確控制，得到的模具穩定性不好，邊與邊之間的結合不緊密。所以改用厚度為
0.6mm的木板拼接，木板的尺寸穩定性較好，可以得到滿足實驗要求的規則的三維模具。以做一個20mmX 20mmX 20mm的三維支架為例。在PLGA中嵌入碳纖維進行增強,將碳纖維編織成20mmX 20mm，在模具的每一層放上編制好的碳纖維布，共4層，再在模具的上下頂端編織一定數量的沿Z軸碳纖維，最後將配置好的PLGA澆築到模具中。具體的設計結構為:將厚度為0.6mm的木板裁剪成2cmX2cm的規格,左右兩邊2.5mm處向裡開一個深度為2.5mm的槽，這是平面承載的一部分。為了保證每層碳纖維分布均勻，豎直方向上的四塊木板上的開槽間距要保持一致，且槽深度與平面上的木板的槽深度要一致，才能保證結構的穩定。最關鍵的一步是在豎直方向上的木板頂端與底部的中點處各開一個深度為2.5mm的槽，開好後插上長2cm寬0.5cm的木板。再將左右兩部分拼接起來，這樣就組裝成了一個三維立體支架模具。用的時候先將編織好的碳纖維布鋪在每一個平面上，再從頂端的木板往底端牽引碳纖維，粘結。最後將聚合物澆鑄到模具中。這種碳纖維的排布方式可以抵抗來自各個方向上的壓力以及剪切力，可以使整個支架的強度以及抗衝擊性增強。本實用新型可以選用形變量較小，較穩定的薄木板，也可以選用膠片(比如廢棄的X光片)，包含但不限於這兩種材料。本實用新型的支架模具在進行碳纖維的粘貼過程中能保證各個方向上的碳纖維都是均勻等距的，同時不同方向上的彼此垂直。本實用新型的水平纖維框的中間開有一個方形框，框的大小根據要求制定的支架的尺寸進行調整，以適應搭載的纖維的數量；本實用新型的支架模具在二維的基礎上進行擴展延伸，將碳纖維排列成三維有序的網格結構，實現對支架力學性能的提升。在二維排列的碳纖維骨組織工程支架模具的基礎上，增加了豎直纖維支撐板，與事先排列好的二維結構共同工程三維立體支架，實現對纖維排布方式的設計。選用厚度為0.6mm的木板拼接，木板的尺寸穩定性較好，可以得到滿足實驗要求的規則的三維模具。在聚合物中嵌入碳纖維進行增強，將碳纖維排列成網格狀，在模具的每一層固定編制好的碳纖維網格結構，再在模具的上下頂端穿插一定數量的沿Z軸碳纖維，最後將配置好的聚合物澆鑄到模具中。有益效果:(I)與二維模具相比，本實用新型的模具得到的支架的強度以及抗衝擊性能會有所提高，另外，除了採用木板，還可以選用尺寸大小更容易控制的膠片製作模具。(2)本實用新型的模具製作簡單，尺寸穩定性好，可普遍應用於碳纖維/聚合物骨組織工程支架的澆注。

圖1為三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具示意圖；圖2為三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具的三視圖，其中a為主視圖，b為左視圖，c為俯視圖；圖3為垂直位置固定板示意圖；圖4為垂直纖維支撐板示意圖；圖5為垂直纖維板示意圖；圖6為水平纖維框示意圖；圖7為無蓋外盒示意圖；其中1-無蓋外盒，2-水平纖維框，3-垂直位置固定板，4-垂直纖維支撐板，5-垂直纖維板,6-方形框。
具體實施方式
[0026]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1以下通過具體的操作方法對本實用新型作進一步的說明，按照附圖所示的結構將各部件進行組裝。所述的水平纖維框2的尺寸為20mmX 20mm，其中方形框的尺寸為IOmmX 10mm，槽口均寬0.60mm，深2.50臟，各槽口距離水平纖維框邊緣2.20mm。所述的水平纖維框為4層，垂直位置固定板為4塊，垂直纖維支撐板為4塊，垂直纖維板為8塊。所述垂直位置固定板3的尺寸為20mmX5mm,其中所述的槽口均寬0.60mm,深
2.50mm,槽 口 間距為 1.40mm。所述的垂直纖維支撐板4的尺寸為20mmX5mm,其中槽口均寬0.60mm,深2.50mm,槽口間距為1.40mm，下放兩槽口之間的距離為14.40mm。所述的垂直纖維板5的尺寸為20mmX5mm，其中槽口均寬0.60mm，深2.50mm，兩槽口之間的距離為14.40mm。取4片水平纖維框2，在上面黏貼纖維形成XOY平面纖維網絡，然後將其插入4片垂直位置固定板3，確定橫向4層纖維的間距。接著在4片垂直位置固定板3兩側的插槽插入4片垂直纖維支撐板4。垂直纖維支撐板4是用來固定垂直纖維板5的，如附圖1所示；將水平纖維框2、垂直位置固定板3、垂直纖維支撐板4和垂直纖維板5組裝起來後，放入金屬的無蓋外盒I中，最後將纖維沿Z軸方向先一端粘於頂部的垂直纖維板5，再穿過下面4層纖維平面，使其另一端粘結於底部的垂直纖維板5。
權利要求1.一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:該支架模具包括無蓋外盒(I)、水平纖維框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纖維支撐板(4)和垂直纖維板(5)，所述的水平纖維框(2)通過插槽與垂直位置固定板(3)固定連接，垂直位置固定(3)板通過插槽與垂直纖維支撐板(4 )固定連接，垂直纖維支撐板(4 )通過插糟與垂直纖維板(5 )固定連接；所述的水平纖維框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纖維支撐板(4)和垂直纖維板(5)均位於無蓋外盒(I)內。
2.根據權利要求1所述的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:所述的水平纖維框(2)之間相互平行，且間距相等；所述的垂直位置固定板(3)的平面與水平纖維框(2 )的平面垂直，且垂直位置固定板(3 )的平面與水平纖維框(2 )不開槽邊的邊線平行。
3.根據權利要求1所述的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:所述的垂直纖維支撐板(4)與垂直位置固定板(3)相互垂直，同時垂直纖維支撐板(4)與垂直纖維板(5)也相互垂直。
4.根據權利要求2或3所述的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:所述的垂直纖維板(5)之間相互平行，間距相等，且垂直於水平纖維板(2)。
5.根據權利要求1所述的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:水平纖維框(2)的中間開有一個方形框(6)。
6.根據權利要求1所述的一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，其特徵在於:所述的水平纖維框(2)、垂直位置固定板(3)、垂直纖維支撐板(4)和垂直纖維板(5)的材料均為薄木板或均為膠片。
專利摘要本實用新型涉及一種三維排列的碳纖維/聚合物骨組織工程支架模具，包括無蓋外盒、水平纖維框、垂直位置固定板、垂直纖維支撐板和垂直纖維板，所述的水平纖維框通過插槽與垂直位置固定板固定連接，垂直位置固定板通過插槽與垂直纖維支撐板固定連接，垂直纖維支撐板通過插糟與垂直纖維板固定連接；所述的水平纖維框、垂直位置固定板、垂直纖維支撐板和垂直纖維板均位於無蓋外盒內。與二維模具相比，本實用新型的模具得到的支架的強度以及抗衝擊性能會有所提高，另外，除了採用木板，還可以選用尺寸大小更容易控制的膠片製作模具，本實用新型的模具製作簡單，尺寸穩定性好，可普遍應用於碳纖維/聚合物骨組織工程支架的澆鑄。
文檔編號B29C70/36GK202965000SQ20122066075
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者吳琪琳, 史燕妮, 張銘遠, 李麗, 沈世敏 申請人:東華大學