【摘要】：激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)成型技術(shù)是一種金屬材料的3D打印技術(shù),能高效快捷地一次成型形狀復(fù)雜的金屬零件。常用的下頜骨缺損修復(fù)方法往往無法同時(shí)修復(fù)下頜骨缺損部位的外形、力學(xué)性能和運(yùn)動功能,而結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)與SLM技術(shù),就能設(shè)計(jì)并制造出同時(shí)具有個性化外形、特定的力學(xué)性能與相應(yīng)的運(yùn)動學(xué)功能的個性化多孔下頜骨假體。鎳鈦合金具備較低的彈性模量、良好生物相容性與形狀記憶效應(yīng)等特性,是具有替代Ti6Al4V成為下一代醫(yī)用植入物材料潛能的一種醫(yī)用金屬材料。本文選用鎳鈦合金作為成型材料,在對鎳鈦合金多孔結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)人體下頜骨的應(yīng)力分布規(guī)律,對下頜骨假體的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),并探索出一套系統(tǒng)的個性化多孔下頜骨假體的設(shè)計(jì)方法。本文主要的研究內(nèi)容與成果如下:(1)SLM成型鎳鈦合金的工藝參數(shù)優(yōu)化與SLM成型鎳鈦合金八面體多孔結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究。以激光功率、掃描速度為變量,以成型樣件的表面形貌和線能量密度為指標(biāo),通過雙因素全面試驗(yàn)和后續(xù)實(shí)驗(yàn)找出SLM成型鎳鈦合金的優(yōu)化工藝參數(shù),并通過分析成型樣件的顯微組織、物相成分和相變行為,驗(yàn)證了所獲得的優(yōu)化工藝參數(shù)的可靠性。此后,在該優(yōu)化的工藝參數(shù)下成型鎳鈦合金多孔結(jié)構(gòu),并研究其抗壓性能。(2)個性化下頜骨模型建立與有限元力學(xué)模擬。根據(jù)志愿者的CT掃描數(shù)據(jù)提取并建立個性化的下頜骨三維模型,并通過逆向建模進(jìn)行模型的優(yōu)化處理。對所獲得的個性化下頜骨模型進(jìn)行有限元力學(xué)模擬,并獲得該下頜骨模型在正中咬合狀態(tài)下的正應(yīng)力分布規(guī)律。(3)個性化多孔下頜骨假體的輕量化設(shè)計(jì)與SLM成型。利用(1)中獲得的SLM成型鎳鈦合金八面體多孔結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度,對修正后的Gibson-Ashby抗壓強(qiáng)度模型進(jìn)行擬合,建立起SLM成型鎳鈦合金多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率參數(shù)與抗壓強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。此后,以(2)中所獲得的下頜骨正中咬合狀態(tài)下的正應(yīng)力分布規(guī)律為指導(dǎo),計(jì)算出與之對應(yīng)的SLM成型鎳鈦合金八面體多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率參數(shù)的分布規(guī)律。最后,以特定的下頜骨區(qū)域?yàn)槔?完整地呈現(xiàn)本研究擬提出的創(chuàng)新性個性化多孔下頜骨假體的多孔內(nèi)膽與個性化外殼的設(shè)計(jì)過程,并進(jìn)行SLM成型與樹脂模型試戴。
【圖文】：

個性化多孔下頜骨假體的輕量優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹，同時(shí)對各種測試手段和儀器設(shè)備進(jìn)行簡單說明，為后續(xù)章節(jié)提供方法上的概述和依據(jù)。2.1 成型設(shè)備與軟件本研究對下頜骨假體及相關(guān)多孔樣件的成型采用 SLM 設(shè)備進(jìn)行，同時(shí)，使用三維光固化樹脂打印機(jī)對植入部位兩端的健康骨骼進(jìn)行模型制作，以測試所設(shè)計(jì)的下頜骨假體與植入部位的匹配情況。圖 2-1(a)為 SLM 成型設(shè)備原理圖，圖 2-1(b)為 Di-metal 100 SLM 成型設(shè)備的外觀圖。本研究使用的 SLM 成型設(shè)備是由華南理工大學(xué)自主研發(fā)，廣州雷佳增材科技有限公司協(xié)同生產(chǎn)的 Di-metal 100 SLM 成型設(shè)備。該設(shè)備在一般 SLM 成型設(shè)備的基礎(chǔ)上更具有可兼容不同規(guī)格的金屬粉末、制造環(huán)境含氧量超低，配備高效煙塵凈化循環(huán)系統(tǒng)等優(yōu)勢。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文研究中，著重研究了鎳鈦合金粉末的 SLM 成型工藝，以及 SLM 成型的鎳鈦合金八面體多孔結(jié)構(gòu)的抗壓性能，為后續(xù)下頜骨假體的輕量優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本研究所使用的SLM成型鎳鈦合金粉末材料是由中航邁特粉冶科技(北京)有限公司生產(chǎn)的 NiTi50 合金粉末，，該粉末的主要成分如表 2-2 所示。圖 2-2(a)為該 NiTi50 粉末的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，從圖上可以看到，該鎳鈦合金粉末的球形度整體良好，顆粒尺寸分布較為均勻，有少量的顆粒粘附。圖 2-2(b)是該粉末的粒度分布圖，其粒度范圍為 15-53μm，平均粒度為 35μm ，呈現(xiàn)窄區(qū)集中分布。表 2-2 NiTi50 粉末成分表（wt. %）Ti（%） Ni（%） Fe（%） C（%） O（%） N（%）bal 54.5 0.0074 0.006 0.0607 0.0018
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱洪波;李晨;吳夢雪;吳凱凡;;水泥-聚苯乙烯輕質(zhì)材料的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)行為[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年10期

2 楊永強(qiáng);宋長輝;王迪;;激光選區(qū)熔化技術(shù)及其在個性化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年21期

3 王曉花;李金山;胡銳;寇宏超;周廉;;不同孔徑分布多孔鈦的力學(xué)性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年08期

4 劉輝;憨勇;;醫(yī)用多孔金屬的制備及其生物活化研究進(jìn)展[J];中國材料進(jìn)展;2012年05期

5 楊來俠;李滌塵;康利軻;;人體下頜骨的ANSYS受力分析[J];西安科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

6 周順鄂;盧忠遠(yuǎn);焦雷;李三霞;;泡沫混凝土壓縮特性及抗壓強(qiáng)度模型[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年11期

7 趙弘;劉洪臣;顧曉明;;骨皮質(zhì)厚度及植入角度對支抗種植釘影響的三維有限元分析[J];口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志;2010年01期

8 劉培生;夏鳳金;羅軍;;多孔材料模型分析[J];材料工程;2009年07期

9 劉培生;泡沫金屬的經(jīng)典性模型——Gibson-Ashby模型淺析[J];有色金屬;2005年02期

10 孫健,張富強(qiáng),王冬梅,于嘉,王成燾;3種加載方式下正常人下頜骨三維有限元應(yīng)力分布分析[J];上�？谇会t(yī)學(xué);2004年01期

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1 張國慶;激光選區(qū)熔化成型植入體優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 趙冰凈;3D打印Ti-6Al-4V理化性能及生物相容性研究[D];中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院;2016年

3 劉洋;激光選區(qū)熔化成型機(jī)理和結(jié)構(gòu)特征直接制造研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 肖冬明;面向植入體的多孔結(jié)構(gòu)建模及激光選區(qū)熔化直接制造研究[D];華南理工大學(xué);2013年

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本文編號：2597014