选择性激光熔化成形TC4材料生物应用性研究

发布时间：2017-04-08 22:02

  本文关键词：选择性激光熔化成形TC4材料生物应用性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛及其合金材料被广泛应用于临床医学,作为植入材料在人体骨骼、组织、器官等治疗方面发挥着很大的作用,是一种具有高技术含量和高价值的新型医用载体材料。钛及其合金具有优良的力学相容性与生物相容性。然而,钛合金在长期的临床医学应用中却发现,该材料在受体中会出现“应力屏蔽”现象,这主要是由于材料本身的力学特性而引起的,钛及其合金具有较低的弹性模量,然而却高于生物体的组织。针对这一问题,往往通过成连通孔结构来改善,但目前传统加工方法在成形件形状与成形质量方面很难满足实际临床植入体的要求。选择性激光熔化技术(SLM)是快速成型技术的最新发展形式之一,可以直接成形金属粉末,成形过程不受零件外形限制。因此,本文引入选择性激光熔化技术成形钛合金立方孔结构制件,验证其成形复杂孔制件可行性,同时分析孔制件的机械性能及生物应用性。具体内容如下:1)选择性激光熔化技术成形TC4材料制件表面粗糙度研究。钛及其合金作为植入物植入受体中,其表面会直接与受体的组织相互作用,植入物表面属性会直接决定受体细胞在其表面上黏附、增殖和分化,并且最终决定细胞的生长质量以及植入是否成功。本文分别采用不同工艺参数及成形角度成形SLM制件,分析不同成形条件对制件表面粗糙度的影响,同时分析了成形制件表面形貌、微观组织及粗糙度在生物临床中应用性表现,成形件表面在植入受体后期对组织细胞存活性影响;2)选择性激光熔化技术成形多孔复杂件可行性研究。本文以立方孔结构单元为基础,成形支架宽度为200μm、300μm、400μm、500μm及600μm立方孔结构样品,验证选择性激光熔化技术成形小尺寸、复杂多孔件的可行性,分析成形件的成形效果及成形质量,针对产生的粘粉、裂纹等缺陷进行分析,提出合理的解决方法;3)选择性激光熔化技术成形孔结构件机械性能分析。通过静态压缩实验分析了立方单元孔制件的力学性能,结果表明随着立方孔结构支架宽度增加,样品的弹性模量以及强度极限相应的增加;孔的存在可以明显降低TC4制件的弹性模量,改善TC4材料制件在临床医学应用上出现的“应力屏蔽”现象,提高生物力学相容性。最后,对实验制件进行力学性能模拟,与实验结果对比,证明可以通过有限元方法预测阵列型孔制件机械性能。
【关键词】：选择性激光熔化技术 TC4 生物应用性 粗糙度 弹性模量
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 选择性激光熔化设备研究9-10
• 1.2.2 选择性激光熔化粉末研究10-12
• 1.3 选择性激光熔化技术未来发展趋势12-14
• 1.4 课题研究内容与意义14-15
• 2 选择性激光熔化技术15-26
• 2.1 选择性激光熔化技术基本原理15-16
• 2.2 选择性激光熔化技术成形设备16-21
• 2.2.1 硬件控制系统16-17
• 2.2.2 软件控制系统17-21
• 2.3 选择性激光熔化技术工艺分析21-25
• 2.3.1 工艺参数的选择与优化21-22
• 2.3.2 选择性激光熔化技术成形件机械性能22
• 2.3.3 选择性激光熔化过程数值模拟22-24
• 2.3.4 选择性激光熔化技术关键瓶颈问题24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 钛及其合金材料生物应用性分析26-30
• 3.1 生物工程用金属植入材料基本要求26-27
• 3.2 钛及其合金生物应用特点27-28
• 3.3 本章小结28-30
• 4 SLM成形TC4 制件表面粗糙度生物应用分析30-39
• 4.1 引言30-31
• 4.2 植入物表面性质对细胞生长影响研究31-32
• 4.3 SLM成形TC4 制件表面粗糙度实验32-34
• 4.4 结果与讨论34-38
• 4.4.1 能量密度对水平面表面粗糙度的影响34-35
• 4.4.2 成形角度对表面粗糙度影响35-38
• 4.5 本章小结38-39
• 5 SLM成形TC4 制件立方晶格结构生物应用性分析39-50
• 5.1 引言39
• 5.2 低弹性模量钛合金研究39-41
• 5.3 SLM 成形 TC4 立方晶格结构实验41-44
• 5.4 结果与讨论44-47
• 5.5 立方晶格结构有限元模拟47-49
• 5.6 本章小结49-50
• 6 结论与展望50-52
• 6.1 结论50-51
• 6.2 展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 附录57

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