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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于骨組織工程支架模具領(lǐng)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(shù)：
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(yōu)勢(shì)，今年來引起眾多關(guān)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(guān)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復(fù)雜，當(dāng)支架受到剪切力時(shí)，碳纖維與聚合物可能產(chǎn)生分層，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致支架散架，影響支架的使用壽命以及穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)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，該模具的制作簡(jiǎn)單，尺寸穩(wěn)定性好，可普遍應(yīng)用于碳纖維/聚合物骨組織工程支架的澆鑄，以改善支架的穩(wěn)定性和抗沖擊性能。本實(shí)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于無蓋外盒內(nèi)。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(shí)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，且垂直于水平纖維板。水平纖維框的中間開有一個(gè)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(shí)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(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。初期使用鐵皮開槽銜接構(gòu)成一個(gè)三維立體支架模具，但由于鐵皮不易開槽且槽的尺寸不易精確控制，得到的模具穩(wěn)定性不好，邊與邊之間的結(jié)合不緊密。所以改用厚度為
0.6mm的木板拼接，木板的尺寸穩(wěn)定性較好，可以得到滿足實(shí)驗(yàn)要求的規(guī)則的三維模具。以做一個(gè)20mmX 20mmX 20mm的三維支架為例。在PLGA中嵌入碳纖維進(jìn)行增強(qiáng),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(shù)量的沿Z軸碳纖維，最后將配置好的PLGA澆筑到模具中。具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為:將厚度為0.6mm的木板裁剪成2cmX2cm的規(guī)格,左右兩邊2.5mm處向里開一個(gè)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。最關(guān)鍵的一步是在豎直方向上的木板頂端與底部的中點(diǎn)處各開一個(gè)深度為2.5mm的槽，開好后插上長(zhǎng)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(gè)三維立體支架模具。用的時(shí)候先將編織好的碳纖維布鋪在每一個(gè)平面上，再從頂端的木板往底端牽引碳纖維，粘結(jié)。最后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(gè)方向上的壓力以及剪切力，可以使整個(gè)支架的強(qiáng)度以及抗沖擊性增強(qiáng)。本實(shí)用新型可以選用形變量較小，較穩(wěn)定的薄木板，也可以選用膠片(比如廢棄的X光片)，包含但不限于這兩種材料。本實(shí)用新型的支架模具在進(jìn)行碳纖維的粘貼過程中能保證各個(gè)方向上的碳纖維都是均勻等距的，同時(shí)不同方向上的彼此垂直。本實(shí)用新型的水平纖維框的中間開有一個(gè)方形框，框的大小根據(jù)要求制定的支架的尺寸進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)搭載的纖維的數(shù)量；本實(shí)用新型的支架模具在二維的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展延伸，將碳纖維排列成三維有序的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架力學(xué)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(chǔ)上，增加了豎直纖維支撐板，與事先排列好的二維結(jié)構(gòu)共同工程三維立體支架，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維排布方式的設(shè)計(jì)。選用厚度為0.6mm的木板拼接，木板的尺寸穩(wěn)定性較好，可以得到滿足實(shí)驗(yàn)要求的規(guī)則的三維模具。在聚合物中嵌入碳纖維進(jìn)行增強(qiáng)，將碳纖維排列成網(wǎng)格狀，在模具的每一層固定編制好的碳纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，再在模具的上下頂端穿插一定數(shù)量的沿Z軸碳纖維，最后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(shí)用新型的模具得到的支架的強(qiáng)度以及抗沖擊性能會(huì)有所提高，另外，除了采用木板，還可以選用尺寸大小更容易控制的膠片制作模具。(2)本實(shí)用新型的模具制作簡(jiǎn)單，尺寸穩(wěn)定性好，可普遍應(yīng)用于碳纖維/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(shí)施方式
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1以下通過具體的操作方法對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，按照附圖所示的結(jié)構(gòu)將各部件進(jìn)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?yàn)?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(wǎng)絡(luò)，然后將其插入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(cè)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組裝起來后，放入金屬的無蓋外盒I中，最后將纖維沿Z軸方向先一端粘于頂部的垂直纖維板5，再穿過下面4層纖維平面，使其另一端粘結(jié)于底部的垂直纖維板5。
權(quán)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，其特征在于: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)均位于無蓋外盒(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)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，其特征在于: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(jù)權(quán)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，其特征在于: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(shí)垂直纖維支撐板(4)與垂直纖維板(5)也相互垂直。
4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于:所述的垂直纖維板(5)之間相互平行，間距相等，且垂直于水平纖維板(2)。
5.根據(jù)權(quán)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，其特征在于:水平纖維框(2)的中間開有一個(gè)方形框(6)。
6.根據(jù)權(quán)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，其特征在于: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(shí)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于無蓋外盒內(nèi)。與二維模具相比，本實(shí)用新型的模具得到的支架的強(qiáng)度以及抗沖擊性能會(huì)有所提高，另外，除了采用木板，還可以選用尺寸大小更容易控制的膠片制作模具，本實(shí)用新型的模具制作簡(jiǎn)單，尺寸穩(wěn)定性好，可普遍應(yīng)用于碳纖維/聚合物骨組織工程支架的澆鑄。
文檔編號(hào)B29C70/36GK202965000SQ20122066075
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者吳琪琳, 史燕妮, 張銘遠(yuǎn), 李麗, 沈世敏 申請(qǐng)人:東華大學(xué)