一种激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法

一种激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法，属于激光加工、3D打印技术及医疗应用领域。激光辐照法具有可以精确处理成型件表面、控制加工面积和深度、非接触无污染和不会引入杂质离子等优点。本发明是通过以下装置实现的：沿着激光器的激光传输方向依次放置激光器、复眼均束镜、透镜、样品台。本发明利用制备PA2200材料3D打印件，采用波长为248nm的KrF准分子激光，设计光路得到激光辐照光斑面积1‑2.7cm

技术领域
本发明涉及激光加工、3D打印技术及医疗应用领域，特别是设计了一种激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法。
背景技术
PA2200是一种高分子材料，由纯PA12组成，呈现白色，具有良好的机械性能和生物相容性。目前，PA2200材料应用于激光选区烧结(SLS)3D打印成型技术，基于此技术成型的PA2200打印件在医疗领域中有着广泛的应用，包括医疗器械：生物支架、缝合线、注射器、透析设备元件和植入物：球囊导管、血管移植物、硬组织植入物等。激光选区烧结(SLS)是一种铺粉式的3D打印分层成形技术，具有制造精度高、打印速度快、能够根据需求定制个性化产品直接成型悬空、薄壁等复杂结构等特点，基于SLS技术制备PA2200材料医疗器械及植入物在医疗领域中有着广泛的应用前景。应用于医疗领域的PA2200材料3D打印件需具有良好的生物相容性，生物相容性要求打印件尤其是植入物具有浸润性呈现亲水性的表面性能，然而经过SLS技术制备的PA2200材料3D打印件表面浸润性呈现疏水性，这极大的限制了其在医疗领域进一步应用。目前，调控PA类材料成型件表面浸润性的方法主要有：1.等离子体法：当处于高能态的气体流接触到改性材料的表面，会引起材料表面的物理和化学的变化。在PA类材料中氮和氧等离子体会引起其表面发生物理和化学变化。等离子体法可以有效的调控PA类材料成型件表面浸润性，但其对成型件的表面功能化造成了影响。2.表面涂层改性法：利用物理方法在PA类材料成型件表面制备交联的亲水性涂层，其可以有效的调控PA类材料成型件表面浸润性，但是涂层很容易脱落。3.引入官能团法：针对PA类材料中的酰胺键引入特定的官能团，调控成型件表面浸润性，其可以有效的调控PA类材料成型件表面浸润性，但其对成型件的表面造成了污染，且成型件表面浸润性的改变不能长久持续。4.激光辐照法：近年来，利用各种激光器对PA类成型件表面进行辐照，可以有效的调控PA类材料成型件表面浸润性，相比于其他几种方法，激光辐照法具有可以精确处理成型件表面、控制加工面积和深度、非接触、无污染和不会引入杂质离子等优点，但是目前尚未出现关于激光辐照调控3D打印成型件表面浸润性的报道。因此，本发明采用激光辐照的方法调控PA2200材料3D打印件表面浸润性，本方法工艺流程简单且有效、快速的调控打印件表面浸润性。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法。本发明的目的通过以下装置实现的：沿着激光器的激光传输方向依次放置激光器、复眼均束镜、透镜、样品台。本发明的目的通过以下技术方案实现的：1)利用选区激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)3D打印技术制备PA2200材料3D打印件，打印件制备完成后，将其浸入浓度为99.7％的乙醇溶剂超声清洗，随后浸入去离子水中超声清洗，最后将其放入干燥箱中进行烘干；2)设计光路，调整光路中复眼均束镜与透镜的位置，使光束聚焦于样品台，此过程中，先确定复眼均束镜的位置，待复眼均束镜位置确定好之后，在样品台上先放置光敏纸，激光辐照光敏纸，光敏纸上会出现矩形光斑(复眼均束镜可以对激光光束进行整形得到矩形光斑)，通过测量其长和宽可以得到激光辐照光斑面积，调整透镜的位置，得到激光辐照光斑面积1-2.7cm²。光路调整完成后，将经步骤1)处理过的3D打印件固定于样品台上；3)采用波长为248nm的KrF准分子激光器，设定激光器的输出能量、脉冲频率，脉冲数，辐照3D打印件。辐照过程中激光器的单脉冲能量密度37-259mJ/cm²，频率2-5Hz，脉冲数200-500。本发明是基于激光光束的高能量，与物质可发生光热反应与光化学反应，调控PA2200材料3D打印件表面的浸润性。目前尚未出现激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法。本方法具有明显的创新性：1)本方法使用的材料为PA2200，使用的成型技术是3D打印技术中的激光选区烧结(SLS)技术；2)本方法使用波长为248nm的KrF准分子激光器，激光辐照光斑面积1-2.7cm²，激光器单脉冲能量密度37-259mJ/cm²，频率2-5Hz，脉冲数200-500，且利用复眼均束镜可以实现激光光束整形及均匀辐照成型件表面；3)本方法在常温常温气氛下即可进行，且通过调整激光器输出能量和激光辐照光斑面积大小，从而改变激光能量密度调控3D打印件的表面浸润性，整套方法工序简单、可控性高。4)本方法使用激光辐照为非接触式，辐照过程中并未引入其他物质，并未对打印件造成污染，且整个辐照过程可以在1分钟内完成，非常快速。
附图说明
图1是本发明所述激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性方法的一种光路设计及光束传输图。图2是本发明所述激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性方法的3D打印件表面浸润的变化图(浸润性用接触角来表征)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细说明：第一步：利用SLS技术制备PA2200材料3D打印件这一步骤是制备PA2200材料3D打印件，具体过程分为数据准备、打印、后续清理：1)数据准备：利用magics软件准备STL格式的模型，模型准备好后，利用RP Tools切片软件对模型进行切片处理，切片后导入PSW软件中并储存为eosjz文件，后将此文件导入3D打印机EOS P396机器PSW软件中并加载此文件，数据准备过程就此完成；2)打印：打印机进行打印前，需要预铺粉9mm进行预热2小时，待预热完成后即可进行打印。打印过程中，打印机根据打印件截面信息进行逐层打印，每层打印0.12mm，，直至打印工作完成；3)后续清理：待打印完成后，冷却10小时后将打印件从打印机的成型缸中取出，然后使用高压气枪清理打印件内部粉尘，清理完成后，将其浸入浓度为99.7％的乙醇溶剂超声清洗，随后浸入去离子水中超声清洗，最后将其放入干燥箱中烘干。第二步：设计光路图，激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性参阅图1，沿着激光器的激光传输方向依次放置激光器(1)、复眼均束镜(2)、透镜(3)、样品台(4)。所述的激光器为波长248nm的KrF准分子激光器；所述的复眼均束镜由两个微透镜阵列组成，两个微透镜阵列光学参数完全相同，且第二个微透镜阵列位于第一阵列的光学聚焦平面上；所述的透镜为傅里叶透镜，焦距值为60mm；所述的样品台用来固定样品，以便进行辐照。首先将这些光学器件置于统一高度，固定第一个微透镜阵列，通过计算得出其焦点的位置，微透镜阵列的焦点的位置将会在同一平面上，将第二个微透镜阵列置于其焦平面上。将透镜置于第二个微透镜后面，在样品台上先放置光敏纸，激光辐照光敏纸，光敏上产生矩形光斑(复眼均束镜可以对激光光束进行整形得到矩形光斑)，通过测量其长和宽可以得到光斑面积，调节透镜的位置确定激光辐照光斑面积1-2.7cm²。光路设计好之后，设定激光器的单脉冲能量密度37-259mJ/cm²，频率2-5Hz，脉冲数200-500，将步骤一的3D打印件固定于样品台上，进行辐照。第三步：表面浸润性探测参阅图2，通过接触角来表征表面浸润性，接触角小于90°为亲水性表面，接触角大于90°为疏水性表面。打印件辐照完之后，利用接触角测量仪测试其表面接触角，通过图2可以看到，原始打印件表面接触角120°，呈现疏水性，经过激光辐照后，打印件表面接触角70°，呈现亲水性。以上结果表明，激光辐照调控PA2200材料3D打印件表面浸润性的方法是可行的，并且辐照时间不超过1分钟，非常快速。