【摘要】：醫(yī)用微型鉆頭作為外科手術(shù)中最重要的醫(yī)療器械之一,對手術(shù)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。而現(xiàn)有的醫(yī)用微型鉆頭制備技術(shù)普遍存在制備工藝復(fù)雜、加工難度大、生產(chǎn)成本高等問題。激光增材制造技術(shù)具有材料利用率高、流程短、自由成型制造和制造過程迅速等特點,可以有效地彌補現(xiàn)有醫(yī)用微型鉆頭制備技術(shù)的不足。因此,本文研究了醫(yī)用微型鉆頭的選區(qū)激光熔化成形工藝、磨削工藝和鉆削性能。仿真研究了微型器件的選區(qū)激光熔化成形溫度場,分析了激光功率和掃描速一度對溫度場的影響規(guī)律。結(jié)果表明,粉末層最高溫度、熔池最大半寬度和深度隨著掃描速度的增加而減小,隨著激光功率的增加而增大,實現(xiàn)了對特定熔池尺寸下的合理工藝參數(shù)范圍的選擇。研究了醫(yī)用微型鉆頭的選區(qū)激光熔化成形工藝和精密磨削工藝。采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備出了醫(yī)用微型鉆頭毛坯。對醫(yī)用微型鉆頭毛坯進行了磨削加工,提出了后刀面磨削、橫刃修磨和鉆徑磨削的新刃磨工藝,制備出了符合技術(shù)要求的直徑為Φ3mm的醫(yī)用微型鉆頭。仿真研究了醫(yī)用微型鉆頭鉆削皮質(zhì)骨的鉆削過程,分析了轉(zhuǎn)速和進給速度對鉆削溫度和軸向鉆削力的影響規(guī)律。結(jié)果表明,皮質(zhì)骨鉆削溫度的最大值隨著轉(zhuǎn)速的增加而升高,隨著進給速度的增加而降低;醫(yī)用微型鉆頭的軸向鉆削力在穩(wěn)定階段時的平均值隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小,隨著進給速度的增加而增大。選擇了鉆削皮質(zhì)骨時的合理鉆削參數(shù)范圍。實驗研究了醫(yī)用微型鉆頭鉆削皮質(zhì)骨時的鉆削性能,對鉆削過程進行了分析。結(jié)果表明,整個鉆削過程切屑排出順暢,沒有出現(xiàn)由于所制備的醫(yī)用微型鉆頭未進行螺旋槽磨削加工而影響排屑的現(xiàn)象;當(dāng)鉆削用量為轉(zhuǎn)速600r/min、進給速度40mm/min時,皮質(zhì)骨的鉆削溫度最大值為43℃,醫(yī)用微型鉆頭的軸向鉆削力在穩(wěn)定階段時的平均值為41N,鉆削溫度和軸向鉆削力的實驗結(jié)果與仿真結(jié)果隨鉆削時間的變化趨勢是一致的,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的差別較小,驗證了有限元仿真結(jié)果的有效性。研究了醫(yī)用微型鉆頭的鉆孔質(zhì)量和鉆頭磨損情況。結(jié)果表明,醫(yī)用微型鉆頭的鉆孔質(zhì)量較高,除了孔出口存在少量毛刺外,孔入口和孔壁都無明顯的加工缺陷;醫(yī)用微型鉆頭的主要失效形式是后刀面磨損和崩刃,越靠近主切削刃外緣磨損越嚴重,鉆頭后刀面的磨損機理是磨粒磨損。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH777;TG665
【圖文】：

按照成形方式和成形機理分類，最具代表性的激光增材制造技術(shù)是選區(qū)激光逡逑燒結(jié)（ＳＬＳ）技術(shù)、選區(qū)激光熔化（ＳＬＭ）技術(shù)和激光金屬沉積（ＬＭＤ）技術(shù)，逡逑如圖１－２所示。逡逑激光增材制造技術(shù)逡逑，邐邋Ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ逡逑粉末部分熔化｜邐｜粉末完全熔化逡逑ｒ邐Ｉ逡逑邐邐邋邐｜邐丨邐逡逑選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)｜邐｜選區(qū)激光熔化技術(shù)｜｜激光金屬沉積逡逑預(yù)置粉末法｜邐｜預(yù)置４末法｜邐｜同軸４粉法逡逑１邐Ｉ邐Ｉ逡逑＾多組分金屬＾純金屬粉末逡逑＿多組分合金粉末邐Ｌ合金粉末逡逑圖１－２激光增材制造技術(shù)的分類逡逑（１）選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)逡逑選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是基于液相燒結(jié)機制對粉末材料進行快速固化。粉末材料逡逑通常是由作為結(jié)構(gòu)金屬的高熔點粉末、作為粘結(jié)劑的低熔點粉末和少量助熔劑或逡逑脫氧劑粉末組成［５］。通過調(diào)整激光參數(shù)，保持工作溫度在兩種材料的熔點之間。逡逑因此粘結(jié)劑完全熔化，而結(jié)構(gòu)金屬保持其固體顆粒。隨后固體顆粒在毛細管力的逡逑作用下發(fā)生重排，使其致密化。沈以赴［６］采用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)對納米ＷＣ－Ｃｏ逡逑粉末進行了燒結(jié)，揭示了選區(qū)激光燒結(jié)過程中的液相燒結(jié)機理，其中Ｃｏ粉末熔逡逑點為１４９５°Ｃ，作為粘結(jié)材料；ＷＣ粉末熔點為２８７０°Ｃ，作為結(jié)構(gòu)材料。逡逑由于選區(qū)激光燒結(jié)成形過程中燒結(jié)時間過短，整個液相燒結(jié)過程無法充分完逡逑成

圖１－４論文總體結(jié)構(gòu)框架圖逡逑

２．１有限元模型的建立逡逑２．１．１幾何模型逡逑圖２－１是本文建立的選區(qū)激光熔化幾何模型，包括基體、粉末和激光束三部逡逑分。在基體上表面鋪一層金屬粉末，激光束照射到金屬粉末層上，以恒定的速度逡逑沿Ｚ軸移動，金屬粉末在激光束的照射下吸收能量，溫度迅速升高，達到金屬粉逡逑末的熔點時，金屬粉末熔化形成熔池，隨后金屬粉末迅速冷卻凝固，導(dǎo)致熔池尺逡逑寸較小且存在時間極短。逡逑激光束逡逑（－Ｈ邐Ｚ，．’邋Ｘ逡逑粉末、，}犲澹�，辶x匣澹危ⅲ″危義賢跡玻毖∏す餿芻負文Ｐ灣義希保板義

本文編號：2779647