【摘要】：激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)成型技術是一種金屬材料的3D打印技術,能高效快捷地一次成型形狀復雜的金屬零件。常用的下頜骨缺損修復方法往往無法同時修復下頜骨缺損部位的外形、力學性能和運動功能,而結合計算機輔助設計(CAD)與SLM技術,就能設計并制造出同時具有個性化外形、特定的力學性能與相應的運動學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構的力學性能進行研究的基礎上,根據(jù)人體下頜骨的應力分布規(guī)律,對下頜骨假體的內(nèi)部多孔結構進行輕量化設計,并探索出一套系統(tǒng)的個性化多孔下頜骨假體的設計方法。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構的力學性能研究。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,通過雙因素全面試驗和后續(xù)實驗找出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構,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,并通過逆向建模進行模型的優(yōu)化處理。對所獲得的個性化下頜骨模型進行有限元力學模擬,并獲得該下頜骨模型在正中咬合狀態(tài)下的正應力分布規(guī)律。(3)個性化多孔下頜骨假體的輕量化設計與SLM成型。利用(1)中獲得的SLM成型鎳鈦合金八面體多孔結構的抗壓強度,對修正后的Gibson-Ashby抗壓強度模型進行擬合,建立起SLM成型鎳鈦合金多孔結構的孔隙率參數(shù)與抗壓強度之間的數(shù)學關系。此后,以(2)中所獲得的下頜骨正中咬合狀態(tài)下的正應力分布規(guī)律為指導,計算出與之對應的SLM成型鎳鈦合金八面體多孔結構的孔隙率參數(shù)的分布規(guī)律。最后,以特定的下頜骨區(qū)域為例,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計過程,并進行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)化設計方法等內(nèi)容進行詳細介紹，同時對各種測試手段和儀器設備進行簡單說明，為后續(xù)章節(jié)提供方法上的概述和依據(jù)。2.1 成型設備與軟件本研究對下頜骨假體及相關多孔樣件的成型采用 SLM 設備進行，同時，使用三維光固化樹脂打印機對植入部位兩端的健康骨骼進行模型制作，以測試所設計的下頜骨假體與植入部位的匹配情況。圖 2-1(a)為 SLM 成型設備原理圖，圖 2-1(b)為 Di-metal 100 SLM 成型設備的外觀圖。本研究使用的 SLM 成型設備是由華南理工大學自主研發(fā)，廣州雷佳增材科技有限公司協(xié)同生產(chǎn)的 Di-metal 100 SLM 成型設備。該設備在一般 SLM 成型設備的基礎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。

華南理工大學碩士學位論文研究中，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構的抗壓性能，為后續(xù)下頜骨假體的輕量優(yōu)化設計打下基礎。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
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08;TG665

【參考文獻】

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本文編號：2597014