1、選擇性激光熔化技術(Selectivelasermelting,SLM)是一種新型的先進增材制造技術。該技術基于離散-疊加成形原理,可直接熔化金屬及其合金粉末材料,制造出近乎全致密、結構復雜、性能優(yōu)良的金屬零件或模具,特別適合應用于航空航天難加工、多孔結構以及生物制造領域個性化結構的快速制造。但是,SLM成形過程涉及復雜的物理及化學行為,影響因素多,零件性能與傳統(tǒng)工藝存在較大差別,且難以控制。
　　本文面向SLM制造人體修復體的應

2、用需求,研究SLM成形鈷鉻合金的工藝優(yōu)化,在此基礎上進行了成形義齒的應用研究;針對致密金屬零件的強度和彈性模量高于天然骨,導致生物力學性能不匹配的問題,研究利用SLM技術成形出形狀可控的多孔結構,以降低其強度和模量。主要研究內(nèi)容總結為如下三個方面:
　　在SLM成形工藝研究方面:通過單道、單層和多層掃描實驗,優(yōu)化SLM成形鈷鉻合金的成形工藝,研究激光功率、掃描速度和掃描間距對零件成形質量的影響規(guī)律,獲得最優(yōu)工藝參數(shù):激光功率P=1

3、00W、掃描速度v=500mm/s、掃描間距=0.06mm、鋪粉層厚△Z=0.02mm,最終制造出了致密度高達98.6％的零件。制件內(nèi)部存在著少數(shù)裂紋和球化孔隙;微觀組織為晶粒細小的柱狀晶,組織均勻,但有明顯的方向性;熔池邊界晶粒粒徑明顯增大,是明顯的性能弱區(qū)。制件的抗拉強度為1605.3MPa,條件屈服強度為1243.7MPa,抗壓強度為2293.8MPa,延伸率為7.6%,表面硬度為32.2HRC。較鑄造件來說強度提高、硬度相當、延

4、伸率有所下降。
　　在SLM成形義齒方面:為了保證復雜結構件的順利成形,優(yōu)化了圓柱支撐結構,根據(jù)成形過程的穩(wěn)定性得出最優(yōu)的支撐結構尺寸為:外徑1.0mm,壁厚0.3mm,支撐間距1.2mm。采用優(yōu)化成形工藝,結合適當?shù)闹谓Y構,成功制造出了滿足了醫(yī)療應用標準的義齒,實現(xiàn)了臨床應用。
　　在SLM成形形狀可控多孔結構方面:設計單元重復型多孔結構,以降低金屬的強度和彈性模量;結合有限元模擬和實驗驗證優(yōu)化多孔結構,發(fā)現(xiàn)形狀均勻的交

5、叉結構支撐最適合于骨骼修復體;隨著孔徑的增大,多孔件的抗壓強度和彈性模量減小,并且減小趨勢逐漸減緩,兩者對于孔徑的變化率相當;孔隙形狀為正三角形、正方形和正六邊形時,多孔件的孔隙率依次減小,多孔件的抗壓強度、彈性模量依次增大,并且抗壓強度的上升趨勢明顯快于彈性模量。最終優(yōu)化了兩種多孔結構,其力學性能與天然骨性較好吻合。
　　論文通過系列研究,獲得了SLM成形鈷鉻合金的優(yōu)化工藝,并成形出了符合醫(yī)療應用要求的義齒,進行了臨床應用;設計