选择性激光烧结羟基磷灰石人工骨的装备控制与工艺研究

发布时间：2017-08-03 16:20

  本文关键词：选择性激光烧结羟基磷灰石人工骨的装备控制与工艺研究

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【摘要】：选择性激光烧结(SLS)技术在人工骨制备领域具有很好的发展前景。羟基磷灰石(HAP)因具有优异的生物学性能,已被广泛应用于骨组织修复材料。本文针对选择性激光烧结羟基磷灰石人工骨的关键技术展开研究,在设计和实现了具有人机交互界面的控制软件基础上,研究了添加少量左旋聚乳酸(PLLA)改善HAP烧结性能的工艺规律和作用机理。论文的主要工作与创新性成果有： 1.利用运动控制卡提供的动态数据链接库,开发了面向人工骨制备的激光烧结控制软件。实现了激光器的输出功率和三维运动平台的插补运动控制,解决了激光烧结时运动控制卡内存不足造成的插补命令传输数量有限的难题。 2.研究了不同PLLA含量对HAP烧结性能的影响规律。发现添加1wt%的PLLA能够有效改善HAP的烧结性能,烧结样更加致密,硬度相应提高20.7%。 3.揭示了不同激光能量密度下烧结样微结构的变化规律。发现随着激光能量密度的增加(0-0.45J/mm2), HAP晶粒相互融合长大,烧结样不断致密化,表面裂纹逐渐减少至消失。 4.分析了添加少量PLLA改善HAP烧结性能的作用机理。发现在烧结过程中,PLLA会经历熔融、碳化、氧化三个过程。PLLA发生熔融时,能够产生毛细管力,促进HAP致密化,改善其烧结性能。通过控制合理的工艺参数,PLLA能够充分氧化直至完全消失,避免其在烧结样中残留。
【关键词】：人工骨 选择性激光烧结 控制软件 羟基磷灰石 烧结性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08;TF124.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 人工骨简述9-10
• 1.1.1 人工骨研究内容9
• 1.1.2 人工骨性能要求9-10
• 1.2 人工骨材料10-12
• 1.2.1 天然生物材料10
• 1.2.2 人工合成生物材料10-11
• 1.2.3 羟基磷灰石(HAP)的结构与性能11-12
• 1.3 人工骨制备技术12-15
• 1.3.1 传统制备技术12-13
• 1.3.2 快速成型制备技术13-14
• 1.3.3 选择性激光烧结(SLS)技术的原理与特点14-15
• 1.4 选择性激光烧结制备人工骨的研究现状15-19
• 1.4.1 选择性激光烧结系统的研究现状16-17
• 1.4.2 人工骨制备的研究现状17-19
• 1.5 本课题的研究内容与创新点19-20
• 1.5.1 研究内容19
• 1.5.2 创新点19-20
• 2 选择性激光烧结系统的软件开发20-42
• 2.1 控制系统总体结构20-24
• 2.1.1 激光烧结机平台设计20-21
• 2.1.2 控制系统硬件组成21-22
• 2.1.3 控制系统软件结构22-24
• 2.2 激光器控制24-26
• 2.2.1 激光器控制信号24-25
• 2.2.2 激光器控制软件开发25-26
• 2.3 三维运动平台控制26-36
• 2.3.1 单轴运动控制26-28
• 2.3.2 插补运动控制28-32
• 2.3.3 复杂轨迹运动控制32-36
• 2.4 激光烧结控制36-41
• 2.4.1 “点烧结”模块控制36-38
• 2.4.2 “线烧结”模块控制38-39
• 2.4.3 “面烧结”模块控制39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 HAP烧结性能改善的实验研究42-60
• 3.1 烧结样的制备与性能表征42-44
• 3.1.1 实验材料的性能参数42
• 3.1.2 烧结样的制备42-43
• 3.1.3 烧结样的微结构与性能测试43-44
• 3.2 添加少量PLLA改善HAP烧结性能的工艺规律44-56
• 3.2.1 原始粉末的形貌与微结构组成44-47
• 3.2.2 PLLA含量对烧结样微结构与性能的影响规律47-51
• 3.2.3 激光能量密度对烧结样微结构与性能的影响规律51-56
• 3.3 添加少量PLLA改善HAP烧结性能的作用机理56-59
• 3.3.1 HAP粉末的激光烧结过程与相关机理56-57
• 3.3.2 HAP粉末的激光烧结性能分析57
• 3.3.3 粉末的液相烧结过程与相关机理57-58
• 3.3.4 HAP粉末烧结性能改善的机理分析58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 4 结论与展望60-62
• 4.1 全文总结60-61
• 4.2 工作展望61-62
• 参考文献62-68
• 攻读学位期间主要的研究成果目录68-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 高新勇;李涤尘;;基于CAD和SL的人工骨微管支架的制备研究[J];机电产品开发与创新;2006年02期

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3 郑雄飞;翟文杰;梁迎春;孙涛;;低温沉积制造壳聚糖-纳米羟基磷灰石支架[J];无机材料学报;2011年01期

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本文编号：615241