基于选区激光熔化工艺的低弹性模量多孔材料的研究

作     者：唐恩 方杨铭 王坤 刘敬祺 张瑞 Tang En;Fang Yangming;Wang Kun;Liu Jingqi;Zhang Rui

作者机构：浙江工贸职业技术学院材料工程系浙江温州325000 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2023年第43卷第12期

页      面：60-68页

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主　　题：选区激光熔化 Ti6Al4V 多孔材料 低弹性模量 密质骨 

摘      要：依据人体骨骼结构的特点及力学性能要求,基于选区激光熔化工艺使用Ti6Al4V粉末,结合密质骨和松质骨的特点开发低弹性模量的多孔材料。通过与密质骨等密度原则确定的44.92%的孔隙率,并仿制松质骨的多孔结构建立模型,研究了不同能量密度(50 J/mm^(2)、51.8 J/mm^(2))、不同孔径大小(500μm、1 000μm、1 500μm)对多孔材料相关性能的影响。研究表明,基于前述条件制备的体相多孔材料,成形性较好,孔径均匀可控,孔道贯通,外形尺寸可控;试样的孔隙率随孔径的增大而增大,小孔径下500μm的试样更接近设计的孔隙率参数;随着试样孔径的增大,孔径与抗拉强度成正相关关系,但弹性模量逐渐减小;试样实体部分成形质量较好,拉伸测试断口表明基本不存在裂纹等应力缺陷;各试样均不同程度地出现了熔化后的凝固缩孔,为粉末熔化凝固自然特性;多孔结构均能实现低弹性模量的设计要求,51.8 J/mm^(2)能量密度下成形的试样在孔径500μm下的抗拉强度为70 MPa,弹性模量为18 GPa,更接近人体密质骨的性能。