仿生人工骨建模及激光烧结金属粉末的研究

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1、仿生人工骨建模及激光烧结金属粉末的研究摘要多孔金属材料以其优异的生物相容性、力学性能在仿生材料领域倍受关注。符合人骨特性的梯度多孔金属材料是人骨修复和替代材料的理想选择。激光选区烧结快速成型技术可以有效的控制微孔结构，成型具有个体人骨外型与一定生物活性的仿生人造骨头，将是实现个体人骨修复或替换的最有效的途径之一。为此，本文就仿生微孔人工骨建模及激光烧结金属粉末成型工艺进行了研究，分析了仿生人骨微孔结构、孔隙率与骨力学性能的关系，确定出了仿生人工骨梯度微孔模型及其孔隙率与材料力学性能的关系，为激光选区烧结个体化人骨的仿生制造技术

2、研究奠定了良好的基础。以人工骨微孔晶胞模型为基础，利用简化结构的方法总结出三种微孔结构模型。研究了相同载荷力情况下，三种微孔结构应力、应变、弹性模量的变化关系。结果表明，在相同开口尺寸情况下，球孔结构模型的弹性模量最接近人骨，孔隙率最大，比表面积最大。通过对球孔结构模型的优化得到了理想的球柱贯通孔晶胞模型。研究了该模型结构控制参数对弹性模量的影响关系，当中心球半径增大时，孔隙率增大，弹性模量减小。开口孔径增大时，弹性模量先增大后减小。用曲线拟合的方法得到了拟合曲线，可以有效控制孔隙率和弹性模量的变化。利用逼近原理建立梯度微孔的

3、板型和圆柱型人工骨模型：开口尺寸为O．5mm,中心球半径为0．50"---0．52mm时，孔隙率为56"---"60％，材料的弹性模量为24．14"-'--'26．23Gpa。可作为仿生人工骨研究的基础结构模型，为选择性激光烧结成型个体化人骨的研究打下了良好的基础。以铜镍合金粉为实验原料，采用选择性激光烧结技术，运用正交试验优化了工艺参数，研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描方式和铺粉厚度等工艺参数对多孔金属材料成型后的孔隙率和力学性能影响规律。确定制备铜镍合金多孔金属的最佳工艺参数：激光功率80W、扫描速度50mm／s、

4、扫描路径4、扫描间距0．202mm和铺粉厚度0．10mm，得到孔隙率为34．08％，弹性模量为3．484GPa，抗压强度为23．51MPa。激光功率为70--一80W、扫描速度为20,--,40mm／s、扫描路径4、扫描间距为0．165～0．202mm和铺粉厚度为O．06～O．10mm。所得多孔金属材料孔隙率为23．1"-一34．08％，弹性模量为3．484"--,8．38GPa，抗压强度为23．51,---87MPa。制品性能随烧结工艺参数的有效控制连续变化，调控工艺参数，可制备所需的多孔金属材料。关键词：人工骨，建模，多孔

5、金属材料，激光烧结，孔隙率，弹性模量，抗压强度ⅡRESEARCHoNMODELINGOFBIoNICARTIFICIALBoNEANDLASERSINTEIUNGFoRMINGMETALPoWDERABSTRACTTheporousmetalwaspaidspecialattentionbybionicmaterialfieldfortheexcellentbiocompatibilityandmechanicsproperties．111egradsmicroporemetalmaterial，whichaccordwith

6、humanbonecharacteristiesiStheidealchoiceforhumanbonerepairingandadoptionsmaterial．Usetheselectivelasersinteringrapidprotypingtechnologycouldcontrolthemicrostructure，formindividualhumanbonemoldandbionicartificialhumanbonewhichhavebioactive，thiswillbethebestwayforbone

7、repairorreplace．Sointhisdissertation，thebionicartificialbonemicrostructuresmoldingandmetal-powderselectivelasersinteringformingtechnologywasstudied，thebionicartificialhumanmicrostructure，therelationofvoidcontentandmechanicalpropertieswasanalyzedanddetermined，whichsu

8、ppliedareliabletechnicalsupportforformingtechnologyofselectivelasersinteringonhumanboneindividuationproducing．Besedonthecellofartificialbo