3D打印钛合金人体植入物的应用与研究

钛及钛合金以其良好的生物相容性,在临床上用于人体硬组织植入和修复。3D打印技术是近年快速发展的特种加工技术,突破了传统加工技术的局限,可实现近净成形,并能够制作出复杂结构,且材料利用率高,设计制作周期短。3D打印技术在个性化外形和内部细微结构加工及快速精确成形方面的巨大优势,使其在医用植入物加工领域备受关注。为此,概述了3D打印成形钛合金人体植入物的优势、应用状况以及3D打印钛合金人体植入物的生物力学适配性能的研究进展,总结了国内3D打印技术在钛合金人体植入物领域的研究现状。     

3D打印钛及钛合金的发展现状及挑战

3D打印技术正在挑战传统制造工艺的主导地位,尤其是在以钛合金为代表的金属领域凸显出巨大潜力。本文重点介绍了当前用于钛及钛合金制造的主流打印技术的研究现状,详细分析了每种技术的基本成形机理和存在问题,指出了工艺应用挑战和如何解决这些问题的可能措施。同时,对这些技术的主要优缺点进行了比较,以便于根据实际应用需求选择最佳的3D打印工艺,归纳了各种类型的3D打印钛及钛合金的代表性应用及相关性能,指出了3D打印高性能钛部件的发展方向。     

增材制造用球形钛合金粉等离子制备技术及发展前景分析

近年来金属材料作为3D打印耗材发展迅速,特别是钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等金属粉末材料大量应用于3D打印技术领域。球形钛合金粉是增材制造（3D打印）耗材最普遍的一种金属材料,文章系统介绍了球形钛合金粉等离子制备方法,包括等离子旋转电极法、等离子火炬雾化法及感应等离子球化法,对各种方法的技术现状进行了分析,并对未来增材制造用球形钛合金粉发展前景进行了展望。     

人工关节与钛及钛合金植入物材料

本文主要涉及了人工关节材料的开发历史与应用现状,以及目前所开发的几种较新的人工关节用钛及钛合金植入物材料,包括新型钛合金、多孔和多孔涂层钛合金、含有HA的玻璃钛复合材料(HA-G-Ti)等.     

航空航天用钛合金3D打印技术的研究概述

介绍了3D打印的钛合金内部存在的气孔、球化、熔合不良、裂纹等缺陷。概述了热处理工艺对3D打印钛合金组织和性能的影响,并对近年来3D打印钛合金在航空领域国内外的应用及研究进展进行了评述。     

国内外金属3D 打印材料现状与发展

介绍了金属3D打印技术基本概念及工艺优势;总结了国内外金属3D打印材料种类、应用及制造工艺,分析了金属3D打印材料目前存在的问题及未来发展趋势。结果表明,铝合金、钛合金、铁基合金等金属3D打印材料发展迅速,传统的3D打印金属材料及复合材料需要进行重点研究。     

3D打印材料的研究与应用

3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术,正在深刻地改变着传统的生产方式和生产工艺。其独特的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”必将在制造业掀起一场革命。当前可用于3D打印的材料已超过200种,其中金属材料(钛合金、不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金、金)、高分子材料(ABS、PA和光敏树脂UV)、陶瓷、复合材料及生物材料等为最常见的3D打印材料。3D打印技术在生物医疗、智能制造、食品、航空航天、海军舰艇、核电、模具、汽车制造业、土木建筑、轨道交通、功能性纺织品、激光3D打印玻璃、考古文物、教育行业、珠宝、鞋类、工业设计、地理信息系统、枪支以及其他领域都有所应用。本文概述了3D打印技术和材料类型,对国内外研究现状进行了介绍,对3D打印材料和技术的应用进展进行了综述。     

真空感应炉熔炼雾化3D打印镍-钛形状记忆合金丝材和球形粉末

本文介绍了应用于金属3D打印的医疗器械和外科植入镍-钛形状记忆合金材料性能及制备技术,详细阐述了金属3D打印技术领域的镍-钛形状记忆合金丝材和雾化球形粉末的制备方法。应用真空感应炉熔炼法,结合计算机控制技术、传感技术等智能技术及智能化设备制备的金属3D打印材料将广泛应用于激光熔结成型工艺技术、激光熔覆成型工艺技术、等离子快速沉积工艺等金属3D打印技术中,具有广阔的应用前景。     

世界钛及钛合金产业现状及发展趋势

总结和阐述了近年来世界各国钛及钛合金的发展现状和未来发展趋势。重点描述了近年来钛及钛合金最新制备及加工技术的发展和应用, 主要包括钛及钛合金的冶炼提取、熔炼铸造、最新加工方法、热处理规范以及在航空航天、舰船、化工、生物及医用材料、汽车、体育等领域的发展和应用。通过对钛及钛合金近年来发展现状的了解, 结合钛研制开发过程中出现的一些问题, 简要分析了钛及钛合金的几个主要的发展方向及趋势。     

钛及钛合金壳形件冲压成形影响因素及其应用现状

钛及钛合金力学性能优良,被称为"第三金属",相关产品广泛应用于航空航天、航海、医疗、冶金等众多领域,但由于钛属于难冲压成形类金属,其冲压成形壳形件的应用相对较少,针对钛及钛合金的冲压成形技术有待开发与提高。为此,系统阐述了影响钛及钛合金板材冲压成形的因素,主要包括板材力学性能、成形模具、冲压工艺参数及润滑剂等,并简单介绍了钛制冲压成形壳形件在航空航天、航海、日常生活等领域的应用现状,最后对钛及钛合金冲压成形技术的研究和应用进行了展望。     

3D打印技术在钛合金构件生产中的应用

3D打印钛合金适合于制备复杂形状构件,可减少生产工序,并提高材料利用率。近年来,为制备结构更为复杂的钛合金结构件,同时进一步降低成本,并缩短生产周期,3D打印增材制造技术在钛合金构件生产中获得快速发展。系统介绍了3D打印技术在钛合金铸件生产中的应用优势、分类及工艺特点、现状及发展方向。     

大型复杂钛合金薄壁件精铸成形技术研究进展

大型复杂薄壁钛合金精密铸造技术是当今世界军用与民用航空领域的尖端技术。介绍了熔模精密铸造技术的工艺流程、技术特点以及国内外研究现状。结合国际最流行的计算机数值模拟以及3D打印等新型技术,指出我国该项技术的研究趋势与发展方向是：①加强熔模铸造工艺的理论研究;②深化钛合金设计研究,探索性能更高的适合于大型复杂薄壁件铸造成形的钛合金;③深入研究纯净化技术,以及夹杂和铸造缺陷与性能之间的定量关系;④建立型壳模型库;⑤研发机器自动涂浸浆料与撒砂工艺;⑥加强全过程的质量管理与控制;⑦高度关注3D打印技术在钛合金制造领域的发展及其在钛合金熔模铸造领域的应用。     

国外生物医用钛合金的发展现状

综述了近年来国外在生物医用钛及钛合金方面的研究与开发现状。为了取代普遍使用的Ti-6Al-4V合金,研发了多种无毒无敏感性元素、低弹性模量、高力学性能的新型β型钛合金;采用多孔技术并调节孔隙率,使材料的弹性模量与人体骨骼基本相当,通过将聚合物渗入到多孔钛的方法弥补多孔钛强度的降低,并使材料具有更好的生物相容性;为适应矫形外科领域的需求,开发了多孔TiNi超弹性形状记忆合金,从而克服了骨与植入体之间结合力弱以及弹性模量不匹配的弊端。此外,研发了多种不含毒性和过敏性元素的β型超弹性形状记忆钛合金,可以替代TiNi合金而更安全地应用于医学领域;开发了多种钛的表面改性技术,通过改性层的沉积及表面硬化使植入体的生物相容性和抗磨损性得到提高。     

3D打印两相钛合金组织性能研究现状

3D打印成型技术由于快速性、低成本、高集成化、适用于加工复杂零件等显著优点,近几年来得到快速发展,但是目前还存在许多不足,如精度不高、材料性能不稳定等。随着3D打印两相钛合金的应用越来越广泛,国内外针对3D打印两相钛合金的研究也逐渐深入和成熟,通过指导工艺的改进方向来提高其综合性能。本研究针对3D打印中激光快速成型和电子束熔化成型两种技术的工艺进行分析,阐释不同成型工艺条件下两相钛合金宏微观组织特征、力学性能特点,得出打印成型工艺参数、热处理工艺等因素对其影响,为3D打印两相钛合金工程化应用提供借鉴。     

3D打印材料

文章通过对比几种常用的3D打印技术类型及打印材料,简述了3D打印材料的发展概况,重点介绍了金属材料、高分子材料、无机非金属材料和复合材料的研究应用,指出了目前3D打印技术及打印材料存在的问题,未来需要投入更多的科研力量促进推广3D打印的产业化,同时也要推进3D打印材料发展,完善3D打印粉体材料的技术标准体系,为3D打印的工业化提供指导。     

钛在牙科材料上的应用

对钛及钛合金作为生物硬组织替代材料进行了大量的研究。作为牙科材料正在探讨钛在镶嵌体、齿冠、桥接材、义牙床、人工牙根等植入材方面的应用。日本还积极研究钛的精密铸造牙科制品。日本工业技术院名古屋技术研究所正致力于钛作为牙科材料的应用研究。主要进行钛整体义牙床等的超塑成形、利用超塑性使羟基磷灰石粒子与钛合金的接合以及 Ti- Si,Ti- B等合金的开发等。1　钛合金整体义牙床的超塑成形　　该研究所对铸造装置、失蜡材等进行了改进 ,用失蜡精密铸造法进行了钛修补用品的试制 ,但对义牙床 ,要求其轻量薄壁 ,而且其形状要与每…     

3D打印医用钛合金研究进展

钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足"精准医疗"的诊疗目标。3D打印技术以其丰富的加工方式在医用钛合金方面应用优势逐渐凸显。本文介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。     

钛及钛合金在牙科领域中的研究现状

综述了牙科用钛及钛合金开发、物理力学性能、钛合金烤瓷、成形技术、设备及表面处理等方面的研究现状，指出了目前该类材料存在的问题及努力的方向。     

冷加工用钛合金和耐磨钛合金的开发

钛合金在实用的金属材料中具有较高的比强度和耐蚀性，传统上主要作为飞机用材料进行开发和实用化．最近则开始作为一般民用材料，特别是眼镜、时钟及高尔夫用品等进行应用研究，并正在进一步向自行车零件等用途扩展．典型的α＋β型钛合金Ti-6A1－4V，虽比钢铁材料比强度高、耐蚀性好，但冷加工性不好，耐磨性极差、杨氏模量小而易弯曲、耐热性差，且很难进行表面硬化处理，因而阻碍了其应用范围的扩大．若能开发出改善上述缺点的钛合金，就能向传统钛合金无法适用的领域推进．因此，进行了新的高功能钛合金的开发和实用．1冷加工用钛合…     

齿科用钛合金粉末粒度对激光选区熔化工艺适用性研究

激光选区熔化(SLM)是一种在医疗领域应用越来越广泛的3D打印工艺,用SLM技术打印齿科钛合金粉末,可以制作出个性化且具有复杂结构的口腔医疗器械。为了研究粉末粒度对SLM工艺的成形适用性,本研究选择了齿科用Ti-6Al-4V合金粉末作为成形材料,通过不同目数的筛网对粉末进行分级,得到不同粒度范围的钛合金粉末。采用EOS M280设备分别成形不同粒度范围的粉末,并对成形过程和成形件表面质量进行对比分析,得出当粉末粒度范围为15~53μm时,熔道连续无缺陷,成形件表面光滑平整,有金属光泽。该粒度范围粉末成形件的内部孔洞很少,强度和塑性均优于铸造件。粒度范围为15~53μm的齿科用钛合金粉末适用于激光选区熔化工艺。