本文選題：激光選區(qū)熔化　切入點：參數(shù)化建模　出處：《華南理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,簡稱SLM)技術(shù)作為增材制造技術(shù)中的前沿技術(shù),幾乎可以實現(xiàn)任意復(fù)雜幾何形狀金屬零件的直接制造,在個性化、定制化零件的制造方面具有很大優(yōu)勢,改變了傳統(tǒng)植入體的設(shè)計方法。在個性化植入體設(shè)計方面,現(xiàn)行的建模方法依據(jù)仍然是傳統(tǒng)的切骨重建,如膝關(guān)節(jié)植入體的個性化依據(jù)是傳統(tǒng)的"5刀法"切骨,這樣就導(dǎo)致未發(fā)生病患部位切除的可能性,另外,傳統(tǒng)的建模方法存在建模過程復(fù)雜、建模效率較低的缺點。在植入體成型方面,SLM成型技術(shù)零件成形性能已經(jīng)滿足要求,但零件成性性能還有待進一步研究。因此,本文主要對個性化植入體的建模和SLM成型零件的性能進行研究,主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)個性化植入體和個性化多孔植入體建模問題。通過逆向和正向設(shè)計相結(jié)合的方法完成了個性化股骨、脛骨和顱骨植入體的三維重建,通過參數(shù)化編程的方法完成了股骨植入體的個性化切骨重建。介紹了個性化膝關(guān)節(jié)植入體的優(yōu)化設(shè)計方法,有效的減少了其匹配過程中的應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)用Rhinoceros中的Grasshopper插件編寫電池圖程序完成了桁架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模、有限元法參數(shù)化建模和仿生結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模�？赏ㄟ^調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)調(diào)節(jié)網(wǎng)格線的疏密程度,達到改變孔隙度、平均孔徑和表面積體積比的目的,以適應(yīng)不同部位不同植入體的要求。(2)多孔結(jié)構(gòu)斷裂機理、血液在孔隙中流場分布和SLM成型零件工藝問題。多孔結(jié)構(gòu)壓縮和模流仿真結(jié)果表明,正八面體方形結(jié)構(gòu)與正八面體圓柱形結(jié)構(gòu)位移量性能相當、正六面體方形結(jié)構(gòu)與正六面體圓柱形結(jié)構(gòu)位移量相當;六面體和八面體多孔結(jié)構(gòu)應(yīng)力主要集中在縱向桿,橫向桿受力較小;血液流經(jīng)多孔結(jié)構(gòu)過程時,上下四支柱中間連接部位血液粘附較高,支柱周圍血液粘附較低,與壁面接觸部分血液粘附最高。SLM成型零件添加支撐優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn),采用分塊零度傾斜導(dǎo)熱支撐,可有效的減小零件的翹曲變形,提高零件成型精度。(3)SLM成型CoCrMo合金零件力學性能問題。SLM成型CoCrMo合金零件熱處理后拉伸性能研究結(jié)果表明,在1200℃保溫1小時退火爐冷條件下,SLM成型件具有較高的延伸率,在1200℃保溫2小時退火水冷條件下,SLM成型件抗拉強度和延伸率均大于鑄造件。對線切割切下零件進行X射線探傷發(fā)現(xiàn),零件的致密度變化主要發(fā)生在垂直于激光投射方向且為殘余應(yīng)力變化所引起,零件熱處理后比熱處理前致密度更加均勻,并經(jīng)模型誤差對比進行了驗證;對沖擊試樣斷口分形行為研究發(fā)現(xiàn),沖擊斷口表面呈現(xiàn)顯著分形行為,沖擊功與分形維數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。采用分形插值分析相關(guān)參數(shù)對多孔結(jié)構(gòu)抗壓性能的影響發(fā)現(xiàn),彈性模量和抗壓強度均隨多孔結(jié)構(gòu)孔隙率、平均孔徑增大而降低,隨表面積體積比增大而增大。對比人體骨彈性模量18Gpa,正八面體和正六面體多孔結(jié)構(gòu)孔隙率在55%～84%、平均孔徑在0.51～0.99和表面積體積比在2～4.2時,彈性模量均能滿足要求。(4)SLM成型CoCrMo合金生物相容性與耐磨性問題。CoCrMo合金離子釋放率研究結(jié)果表明:SLM成型件在不同腐蝕液中的Co、Cr離子濃度均低于鑄造件。血液相容性研究結(jié)果表明:SLM成型件比鑄造件溶血率低41.21%,白細胞、紅細胞、血紅蛋白、血小板消耗率SLM成型件比鑄造件分別低13.1%、40%、60.6%、60.8%,說明SLM成型件具有更好的血液相容性。對比SLM成型件正面與鑄造件摩擦系數(shù)發(fā)現(xiàn),SLM成型件正面比鑄造件摩擦系數(shù)略有降低。CoCrMo合金在NaCl潤滑條件下,摩擦系數(shù)比干摩擦與人工唾液潤滑條件下均高,摩擦系數(shù)波動量介于干摩擦與人工唾液潤滑之間。SLM成型件正側(cè)面摩擦系數(shù)對比分析表明,在不同潤滑條件正面與側(cè)面摩擦系數(shù)曲線變化趨勢基本一致,差別主要為側(cè)面摩擦系數(shù)波動范圍較大。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG665;R318.08

【參考文獻】

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本文編號：1649008