激光选区熔化CoCrMo合金的组织研究及生物应用

作     者：陶宏伟 禹庭 曹明轩 吴仲恒 蔡召兵 刘敏 闫星辰 TAO Hongwei;YU Ting;CAO Mingxuan;WU Zhongheng;CAI Zhaobing;LIU Min;YAN Xingchen

作者机构：五邑大学智能制造学部广东江门529000 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广州博仕动物医院广州510030 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2024年第38卷第17期

页      面：200-205页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目(2021GDASYL-20210102005,2022GDASZH-2022010107,2022GDASZH-2022010203-003) 广东省特支计划项目(2019BT02C629) 广东省基础与应用基础研究基金项目(2020A1515111031,2021A1515010939) 中国科协“青年人才托举工程”(YESS20210269) 广州市科技计划项目(202007020008,202102020327) 

主　　题：激光选区熔化 CoCrMo合金 微观组织 力学性能 生物应用 

摘      要：激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影响,从致密度、微观组织及力学强度等方面对SLM CoCrMo材料进行了体系性探究,分析了能量密度对CoCrMo合金组织及缺陷的作用机制,得到了孔隙率低(0.18%)、晶粒组织细小(0.31μm)且力学性能优异(拉伸强度1157 MPa、显微硬度421.53HV_(0.1))的CoCrMo合金成形最优参数(激光功率165 W、扫描速度1050 mm/s)。从患者对生物型膝关节植入体的需求出发,探究了一种骨接触面具有骨小梁结构的生物型全膝关节植入体的设计方法,并对优化后的膝关节假体模型开展了大动物原位膝关节置换实验。术后影像学检查发现3D打印膝关节假体不仅可对原有患病关节部位进行精准替代,更能促进实验犬尽快恢复原本的行走姿态,无脱位和其他并发症的发生。本研究报道的个性化定制方法为临床用3D打印生物型全膝关节的置换提供了强有力的理论基础和数据支撑。