选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺与性能研究

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1、工程硕士学位论文选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺与性能研究作者姓名李敬工程领域材料工程校内指导教师曾德长教授校外指导教师刘敏教授级高工所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月23日StudyontheProcessingParametersandPropertiesofTi6Al4VanditsPorousStructuresFabricatedbySelectiveLaserMeltingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCand

2、idate:LiJingSupervisor:Prof.ZengDechangProf.LiuMinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN249学校代号：10561学号：201521016505华南理工大学工程硕士学位论文选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺与性能研究作者姓名：李敬指导教师姓名、职称：曾德长教授刘敏教授级高工申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研

3、报告研究方向：金属3D打印论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：杜军委员：刘敏，肖方明，韦春贝，曾美琴摘要传统人工置换关节植入人体后，由于力学以及生物相容性的问题，容易使周围骨质发生缺损现象。因此需要采用新的制备方法制造出植入体，使其可以弥补缺损部位并且具有良好融合性。人工植入体为多孔结构，其孔径大小、孔隙率、弹性模量等参数决定植入人体后的融合效果以及是否产生“应力屏蔽”现象。选区激光熔化是应用较为普遍的金属3D打

4、印技术，具有较好的成型精度。对于内部连通且具有规则单元孔隙的多孔植入体，传统加工方法无法实现，利用选区激光熔化技术可以快速制备。本文的目的是通过研究选区激光熔化成型Ti6Al4V及其多孔结构的工艺特性和机械性能，为制备出符合人体骨参数的多孔植入体奠定基础。论文主要研究内容及结果如下：(1)块体成型参数优化及规律探索。研究了激光功率、扫描速度、扫描间距对成型相对致密度的影响规律，以致密度为评价标准，并且得到最优成型工艺为P=280W、V=1200mm/s、S=0.1mm。另一方面，研究了激光参数对成型试样表面粗

5、糙度的影响规律。(2)热处理工艺优化。利用最佳工艺成型试样，探索并得到最佳热处理工艺为900ºC保温30min后炉冷，此时试样的拉伸强度达到945MPa，延伸率为18%。在此基础上进行热等静压处理，强度进一步提高到989MPa，延伸率提高到20%。(3)机械性能的影响因素研究。在45度成型方向具有最高的抗拉强度（1278MPa）。同时利用strips扫描策略得到的抗拉强度（1228MPa）以及延伸率(6.67%)大于2chess扫描策略。水平方向成型的冲击韧性为21.4J/cm。(4)多孔结构成型工艺及机械性

6、能研究。激光参数对网格几何尺寸、孔隙率以及力学性能都有影响。多孔结构的压缩断裂机制为绝热剪切模式，压缩过程包含弹性变形、塑性坍塌、密实化三个阶段。关键词：选区激光熔化；Ti6Al4V；多孔结构；工艺参数；力学性能IAbstractAfterthewroughtartificialreplacementjointbeingimplantedintothehumanbody,duetosomeproblemssuchasmechanicsandbiocompatibility,itusuallycausesdef

7、ectsinthesurroundingbone.Therefore,itisnecessarytouseothermethodstomanufacturetheimplantsothatitcanmakeupforthedefectandalsohavegoodcompatibility.Asporousstructures,theimplant’sporesize,porosityandelasticmodulusdeterminetheefficacyoffusionandwhetherornotavo

8、idingthe“stressshielding”.SelectiveLaserMeltingisauniversalmetal3Dprintingtechnologywithgoodshapingaccuracy.Theporousimplantsthathaveinterconnectedandregularcellporescannotbeachievablebytraditionalproc