本文關(guān)鍵詞：激光增材制造（3D打�。┲苽渖镝t(yī)用多孔金屬工藝及組織性能研究

  更多相關(guān)文章： 激光增材制造(3D打印) 多孔鉭 多孔Ti6Al4V合金 多孔316L不銹鋼 生物相容性

【摘要】：激光增材制造(3D打印)是一種新型的激光快速成形技術(shù),通過(guò)制備出的多孔金屬與人體骨在孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等方面具有相似的特征,使得激光增材制造(3D打印)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于激光增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短,關(guān)于其制備出多孔金屬成形件的微觀組織及其演變機(jī)理研究報(bào)道較少,對(duì)制備出多孔金屬成形件進(jìn)行生物相容性等研究報(bào)道同樣較少。因此,開(kāi)展激光增材制造(3D打印)技術(shù)制備出的醫(yī)用多孔金屬植入材料的力學(xué)性能、微觀組織及生物相容性等研究對(duì)其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。本文采用激光增材制造(3D打印)技術(shù)制備生物醫(yī)用多孔金屬材料,系統(tǒng)地研究了工藝參數(shù)(掃描間距d)對(duì)激光束制備出的三種不同多孔金屬材料(多孔鉭、多孔Ti6Al4V合金和多孔316L不銹鋼)的孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、微觀組織及生物相容性等方面的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,隨著掃描間距d的增大,相鄰兩個(gè)激光作用區(qū)的搭接率降低,多孔金屬的抗壓強(qiáng)度及彈性模量均減小。由于激光作用熱影響區(qū)的存在,導(dǎo)致半熔化狀態(tài)的鉭粉依附于預(yù)留孔壁內(nèi)側(cè),最終實(shí)際孔徑小于預(yù)留孔徑。多孔鉭的孔隙率為26.41%~43.28%、平均孔徑尺寸在45μm~310μm之間、抗壓強(qiáng)度為312MPa~649MPa、彈性模量為5.0GPa~9.0GPa。多孔Ti6Al4V合金孔隙率為11.58%~36.11%、平均孔徑尺寸在35μm~295μm之間、抗壓強(qiáng)度為487MPa~1800MPa、彈性模量為6.0GPa~10.8GPa。多孔316L不銹鋼孔隙率為10.32%~31.26%、平均孔徑尺寸在20μm~260μm之間、抗壓強(qiáng)度為2410MPa~3370MPa、彈性模量為9.8GPa~16.5GPa。微觀組織研究表明:多孔鉭的微觀組織主要呈現(xiàn)粗大的樹(shù)枝晶,樹(shù)枝晶內(nèi)部的微觀組織主要為沿著堆積層方向生長(zhǎng)的原始晶粒,原始晶粒主要呈六邊形晶體結(jié)構(gòu),較大的原始晶粒中間包含多個(gè)尺寸較小的細(xì)亞晶粒。多孔Ti6Al4V合金的微觀組織由貫穿多個(gè)熔覆層且呈外延生長(zhǎng)的粗大柱狀晶組成,柱狀晶的的生長(zhǎng)方向沿著堆積層的方向生長(zhǎng),由于溫度梯度的影響,遠(yuǎn)離基材區(qū)域的晶粒尺寸大于靠近基材區(qū)域的晶粒尺寸,原始柱狀晶的內(nèi)部微觀組織由細(xì)針狀α相馬氏體組成。多孔316L不銹鋼的微觀組織主要由等軸晶和枝晶組成,等軸晶晶粒平均尺寸約為1.2μm~1.4μm,枝晶晶粒的寬度約為0.8μm~1.0μm;枝晶的生長(zhǎng)方向沿著堆積層的方向生長(zhǎng),當(dāng)堆積層的溫度梯度達(dá)到一定時(shí),枝晶向等軸晶發(fā)生轉(zhuǎn)變;壓縮斷口形貌表明斷口由均勻細(xì)小的圓形韌窩組成,表明其壓縮破壞方式為韌性斷裂。生物相容性研究表明:多孔金屬材料的粗糙表面以及內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)有利于金屬表面周圍營(yíng)養(yǎng)液的富集,使得細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中有充足的養(yǎng)分提供其生長(zhǎng),多孔金屬材料有適合于細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境,有利于細(xì)胞后續(xù)的生長(zhǎng);采用WST-1方法對(duì)三種多孔金屬材料進(jìn)行細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),多孔鉭逐漸表現(xiàn)出較強(qiáng)的促進(jìn)細(xì)胞增殖的能力,當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為7天時(shí),多孔鉭表面的光強(qiáng)度比多孔Ti6Al4V合金、多孔316L不銹剛表面的光強(qiáng)度高,進(jìn)一步表明多孔鉭試樣表面的細(xì)胞增殖能力強(qiáng)于多孔Ti6Al4V和多孔316L不銹鋼試樣。
【關(guān)鍵詞】：激光增材制造(3D打印) 多孔鉭 多孔Ti6Al4V合金 多孔316L不銹鋼 生物相容性
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.73
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10-12
• 1.2 醫(yī)用多孔金屬材料的制備方法概述12-15
• 1.3 醫(yī)用多孔金屬材料在制備過(guò)程中存在的主要問(wèn)題15-16
• 1.4 激光增材制造(3D打印)技術(shù)的引入16-18
• 1.5 激光增材制造(3D打印)制備醫(yī)用多孔金屬的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.6 創(chuàng)新程度20-21
• 1.7 課題主要研究?jī)?nèi)容及意義21-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及方法22-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料23-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法25-27
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案25-26
• 2.3.2 激光增材制造(3D打印)作用金屬粉末時(shí)的工作原理26-27
• 2.4 檢測(cè)方法27-31
• 2.4.1 致密度檢測(cè)方法27-28
• 2.4.2 壓縮性能檢測(cè)方法28
• 2.4.3 顯微組織觀察方法28-29
• 2.4.4 X射線衍射分析29
• 2.4.5 生物相容性研究29-31
• 第三章 工藝參數(shù)對(duì)多孔金屬孔隙結(jié)構(gòu)及性能的影響31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 激光工藝參數(shù)對(duì)多孔金屬孔隙結(jié)構(gòu)的影響31-42
• 3.2.1 掃描間距d對(duì)多孔鉭試樣的孔隙結(jié)構(gòu)的影響31-35
• 3.2.2 掃描間距d對(duì)多孔Ti6Al4V合金試樣的孔隙結(jié)構(gòu)的影響35-38
• 3.2.3 掃描間距d對(duì)多孔不銹鋼試樣的孔隙結(jié)構(gòu)的影響38-41
• 3.2.4 三種多孔材料之間的比較分析41-42
• 3.3 激光工藝參數(shù)對(duì)多孔金屬壓縮性能的影響42-50
• 3.3.1 掃描間距d對(duì)多孔鉭試樣壓縮性能的影響42-45
• 3.3.2 掃描間距d對(duì)多孔Ti6Al4V合金試樣力學(xué)性能的影響45-47
• 3.3.3 掃描間距d對(duì)多孔不銹鋼試樣力學(xué)性能的影響47-49
• 3.3.4 三種多孔材料壓縮性能的對(duì)比研究49-50
• 3.4 制備過(guò)程中產(chǎn)生球化現(xiàn)象的原因及形成機(jī)理規(guī)律50-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 多孔金屬的微觀組織及演變規(guī)律55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 多孔金屬微觀組織55-71
• 4.2.1 多孔鉭的微觀組織55-57
• 4.2.2 多孔鈦合金的微觀組織57-62
• 4.3.3 多孔不銹鋼的微觀組織62-71
• 4.3 多孔金屬微觀組織演變規(guī)律研究71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第五章 多孔金屬的生物相容性研究73-78
• 5.1 引言73
• 5.2 成骨細(xì)胞貼附實(shí)驗(yàn)研究73-76
• 5.3 成骨細(xì)胞增殖76-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 結(jié)論與展望78-80
• 6.1 主要結(jié)論78-79
• 6.2 下一階段的工作建議79-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開(kāi)發(fā)表的論著87-88
• 致謝88-89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1059126