本文關鍵詞：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,通過制備出的多孔金屬與人體骨在孔隙結構、力學性能等方面具有相似的特征,使得激光增材制造(3D打印)廣泛應用于生物醫(yī)學領域。由于激光增材制造(3D打印)技術發(fā)展時間較短,關于其制備出多孔金屬成形件的微觀組織及其演變機理研究報道較少,對制備出多孔金屬成形件進行生物相容性等研究報道同樣較少。因此,開展激光增材制造(3D打印)技術制備出的醫(yī)用多孔金屬植入材料的力學性能、微觀組織及生物相容性等研究對其在醫(yī)學領域的廣泛應用具有重要意義。本文采用激光增材制造(3D打印)技術制備生物醫(yī)用多孔金屬材料,系統地研究了工藝參數(掃描間距d)對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)的孔隙結構、力學性能、微觀組織及生物相容性等方面的影響規(guī)律進行了研究。研究結果表明,隨著掃描間距d的增大,相鄰兩個激光作用區(qū)的搭接率降低,多孔金屬的抗壓強度及彈性模量均減小。由于激光作用熱影響區(qū)的存在,導致半熔化狀態(tài)的鉭粉依附于預留孔壁內側,最終實際孔徑小于預留孔徑。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粗大的樹枝晶,樹枝晶內部的微觀組織主要為沿著堆積層方向生長的原始晶粒,原始晶粒主要呈六邊形晶體結構,較大的原始晶粒中間包含多個尺寸較小的細亞晶粒。多孔Ti6Al4V合金的微觀組織由貫穿多個熔覆層且呈外延生長的粗大柱狀晶組成,柱狀晶的的生長方向沿著堆積層的方向生長,由于溫度梯度的影響,遠離基材區(qū)域的晶粒尺寸大于靠近基材區(qū)域的晶粒尺寸,原始柱狀晶的內部微觀組織由細針狀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;枝晶的生長方向沿著堆積層的方向生長,當堆積層的溫度梯度達到一定時,枝晶向等軸晶發(fā)生轉變;壓縮斷口形貌表明斷口由均勻細小的圓形韌窩組成,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部的多孔結構有利于金屬表面周圍營養(yǎng)液的富集,使得細胞在生長過程中有充足的養(yǎng)分提供其生長,多孔金屬材料有適合于細胞生長的環(huán)境,有利于細胞后續(xù)的生長;采用WST-1方法對三種多孔金屬材料進行細胞增殖實驗研究,發(fā)現隨著培養(yǎng)時間的延長,多孔鉭逐漸表現出較強的促進細胞增殖的能力,當培養(yǎng)時間為7天時,多孔鉭表面的光強度比多孔Ti6Al4V合金、多孔316L不銹剛表面的光強度高,進一步表明多孔鉭試樣表面的細胞增殖能力強于多孔Ti6Al4V和多孔316L不銹鋼試樣。
【關鍵詞】：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
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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程中存在的主要問題15-16
• 1.4 激光增材制造(3D打印)技術的引入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狀18-20
• 1.6 創(chuàng)新程度20-21
• 1.7 課題主要研究內容及意義21-22
• 第二章 實驗材料及方法22-31
• 2.1 實驗設備22-23
• 2.2 實驗材料23-25
• 2.3 實驗方法25-27
• 2.3.1 實驗設計方案25-26
• 2.3.2 激光增材制造(3D打印)作用金屬粉末時的工作原理26-27
• 2.4 檢測方法27-31
• 2.4.1 致密度檢測方法27-28
• 2.4.2 壓縮性能檢測方法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 工藝參數對多孔金屬孔隙結構及性能的影響31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 激光工藝參數對多孔金屬孔隙結構的影響31-42
• 3.2.1 掃描間距d對多孔鉭試樣的孔隙結構的影響31-35
• 3.2.2 掃描間距d對多孔Ti6Al4V合金試樣的孔隙結構的影響35-38
• 3.2.3 掃描間距d對多孔不銹鋼試樣的孔隙結構的影響38-41
• 3.2.4 三種多孔材料之間的比較分析41-42
• 3.3 激光工藝參數對多孔金屬壓縮性能的影響42-50
• 3.3.1 掃描間距d對多孔鉭試樣壓縮性能的影響42-45
• 3.3.2 掃描間距d對多孔Ti6Al4V合金試樣力學性能的影響45-47
• 3.3.3 掃描間距d對多孔不銹鋼試樣力學性能的影響47-49
• 3.3.4 三種多孔材料壓縮性能的對比研究49-50
• 3.4 制備過程中產生球化現象的原因及形成機理規(guī)律50-53
• 3.5 本章小結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 成骨細胞貼附實驗研究73-76
• 5.3 成骨細胞增殖76-77
• 5.4 本章小結77-78
• 第六章 結論與展望78-80
• 6.1 主要結論78-79
• 6.2 下一階段的工作建議79-80
• 參考文獻80-87
• 攻讀學位期間本人出版或公開發(fā)表的論著87-88
• 致謝88-89

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：1059126