三种骨支架单胞结构构造及SLM打印成形

作     者：傅少军 章桥新 余金桂 

作者机构：武汉理工大学机电工程学院 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2024年第7期

页      面：19-26页

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：骨支架 单胞模型 有限元分析 选区激光熔化 

摘      要：多孔骨支架具有一系列的优点，选区激光熔化技术(selective laser melting, SLM)为创新多孔骨支架的制造及应用提供了技术支持，尤其是由规则单胞基元构成的多孔骨支架具有可设计性与优异的力学性能。本文构造了VC(圆柱连杆立方)、SHC(球形孔立方)、FCC(面心立方)3种单胞结构，通过有限元分析对应特征尺寸和孔隙率及弹性模量之间的关系，建立了3种单胞模型特征尺寸与孔隙率以及弹性模量之间的数学模型，明确了3种单胞结构在所优化的特征尺寸范围内皆适用于股骨支架的结构设计。使用SLM技术打印对应特征尺寸的单胞为基元的316L 5×5×5点阵结构，通过准静态压缩实验，对仿真结果进行验证。实验表明：对应特征尺寸的点阵结构实际弹性模量与仿真的弹性模量平均误差为14.8%,且误差随着结构实体尺寸的增大而减小，其中VC、SHC、FCC单胞结构尺寸分别为r∈[0.28 mm, 0.32 mm]、d∈[2.24 mm, 2.36 mm]、R∈[0.20 mm, 0.24 mm]条件下打印出的点阵结构，满足股骨支架的使用要求。