激光成形制备生物医用材料研究现状与发展趋势

激光成形技术能够实现生物医用材料、人造肢体及医用植入体的个性化设计和生产,并且具有很少的工序环节和很短的加工周期,因此在生物医用材料的制备领域具有重大应用价值。目前适合于生物医用材料制备的激光成形技术主要有立体光刻（SL）,分层实体制造（LOM）,选择性激光烧结/熔化（SLS/SLM）和激光立体成形（LSF）技术。基于各种激光成形制备技术的原理和特点,综述了激光成形制备生物医用材料的研究进展和应用现状,认为中国在激光成形的各个单项技术领域同发达国家的差别并不大,但综合集成和产业化的差距却非常大。因此,形成包含完整产业链的产学研创新联盟是激光成形技术在中国生物医用材料领域科技发展和产业振兴的重要途径。先进的装备技术是任何一种技术充分发展和应用的必要基础,也是我国生物医用材料产业落后于发达国家的关键环节之一。因此,迫切需要建立适用于医用植入体制造的专用激光立体成形制备系统,形成具有市场化前景、自主知识产权的产品工程化技术和工艺流程,并建立相应的技术标准体系,以显著提升我国生物医用材料及医用植入体的技术水平,促进我国医用植入及组织工程领域的整体发展。     

钛合金表面激光熔覆制备羟基磷灰石生物陶瓷涂层的研究现状

利用激光熔覆技术在医用钛金属表面制备生物活性陶瓷羟基磷灰石(HAP)涂层,是近年来世界各国生物医用植入材料及相关领域的研究热点之一。首先简要概括了HAP生物陶瓷涂层材料的特点与意义,介绍了医用钛金属材料与生物陶瓷材料的历史发展与特点,指出了已有技术制备的生物陶瓷涂层在制备与应用中存在的优缺点,介绍了激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优点。综述了国内外钛及钛合金表面激光熔覆制备HAP生物陶瓷涂层、激光快速成形生物陶瓷涂层及相关材料的研究特点、现状与进展。重点介绍了激光熔覆不同成分原材料、添加稀土成分与不同波长激光制备生物陶瓷涂层的机理,及激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优缺点。激光熔覆制备生物陶瓷涂层及相关材料是一个多学科交叉的研究领域,通过对钛合金的激光表面改性,激光熔覆制备生物陶瓷涂层在理论研究与临床应用上具有广阔的前景。最后对激光熔覆工艺制备合成HAP生物陶瓷涂层未来的研究方向进行了讨论与展望。     

高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形研究进展

介绍了近年来高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形的研究进展,包括航空高性能金属结构件激光熔化沉积快速成形制造技术及应用;难熔金属材料激光约束熔化沉积制备与成形;钛合金激光表面改性及过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层.     

金属材料激光快速成形的研究进展

激光快速成形技术以其特有的技术优势,已经成为金属材料快速成形的研究热点.叙述了金属材料激光快速成形在国内外的发展概况,表明在国外激光快速成形金属材料在理论、工艺及制造方面已经取得了非常显著的成果,其制造的结构件已经在航空航天领域取得了重要应用,而该技术在国内仍处于理论研究和试制阶段；介绍了激光快速成形钛合金和高温合金的研究现状,表明国内对钛合金的激光快速成形已进行了较为系统的研究,取得了一些重要成果,制作了典型结构件,对高温合金,裂纹是其激光成形技术的关键问题；对激光快速成形的发展进行了展望.     

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。     

中国航天科工四院成功研制出高端激光切割机

钛合金蒙皮强度大,耐高温,但因不易加工和公差难控制等原因未能广泛应用于战机制造。2014年8月,由中国航天科工四院红阳公司精工打造的数控激光切割机圆满解决了这一难题,得到了满足焊接要求的钛合金蒙皮。激光技术起源于20世纪60年代初期。由于激光精密成形不需要加工刀具,且加工速度快、表面变形小、可加工材料种类多,已经在制造领域中越来越多地显示了它的优越性,尤其以激光焊接、切割加工应用最为广泛,并促     

个性化钛合金假体的激光金属直接成形制造工艺

将激光金属直接成形技术应用于个性化钛合金假体的制造,能根据假体的三维模型直接制造出相应的零件,具有制造过程周期短和加工出的个性化假体力学性能好的优点。通过研究激光金属直接成形的曲率效应和倾斜角度对几何精度的影响,为激光金属直接成形的工艺模型设计准则提供参考,使假体成形件具有较高的精度。制造出的个性化假体的力学性能和化学成分经过检测,均符合假体的相关国家和医药行业标准,有两例个性化钛合金假体已经成功应用于临床并取得良好的效果。     

激光立体成形高性能金属零件研究进展

激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明：激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。     

热等静压在钛合金近净成形领域的发展及应用

分析了铸造和粉末冶金等近净成形制造难点,介绍了HIP技术在难加工材料近净成形制备等领域应用,重点阐述了HIP技术的特点、原理及其对钛合金零部件组织改善、缺陷消除和性能影响,总结了HIP技术和装备在钛合金近净成形领域中的最新研究进展和成果,剖析了HIP技术在钛合金近净成形领域中面临的挑战和未来发展趋势。     

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。     

钛合金的激光表面处理研究进展

介绍了钛合金的各种激光表面改性技术及其研究进展,讨论了激光表面改性处理工艺参数对钛合金性能的影响。并介绍了其应用前景。利用激光表面处理可克服钛合金硬度低、易发生粘着磨损等缺点,同时可提高其耐蚀性及抗高温氧化等性能。此外,利用脉冲激光沉积技术在改善钛合金的生物活性等方面也取得了好的结果。     

Research on Process and Microstructure Formation of W-Ni-Fe Alloy Fabricated by Selective Laser Melting

W-Ni-Fe alloys are important materials for many practical applications; however, at present, they are usually fabricated by conventional powder metallurgy techniques, which is difficult in fabrication with complex shapes. In this work, a selective laser melting (SLM) processing method was developed for fabricating W-Ni-Fe alloys parts. A process map was obtained for selection of proper laser parameters by optimizing processing conditions. Microstructures of laser fabricated samples in different laser energy inputs were investigated. There are two coexisting forming mechanisms in the SLM process: (i) liquid phase sintering (LPS) with full melting of Ni and Fe powders but non-melting of W powders and (ii) melting/solidification with full melting of W powders. Moreover, with increasing laser energy, a transition trend of forming mechanism from LPS to full melting/solidification can be observed.     

医用多孔金属的制备及其生物活化研究进展

医用多孔金属材料,特别是多孔钛及钛合金能够提供与人体骨组织相匹配的力学性能,并促进骨组织长人以提高其与骨的固定度,在人体硬组织修复与替换方面具有广泛的应用前景。重点围绕多孔钛及钛合金的制备方法及适用于其复杂孔隙结构的表面生物活化方法,综述了各种方法在多孔钛及钛合金上的应用现状。目前适用于多孔钛及钛合金制备的技术主要有粉末冶金法、钛纤维烧结法、自蔓延高温合成法、选区电子束熔化技术和选区激光熔化技术,适用于多孔钛及钛合金表面生物活化的技术主要有溶胶凝胶法、仿生矿化法、电化学沉积法和微弧氧化法。多孔钛及钛合金的力学相容性和表面生物活性需要同时满足临床要求,才能进一步扩大其在医学领域的应用范围。     

钛合金表面激光熔覆的研究进展

钛合金具有优异的物理化学性能,其在航空航天行业中被广泛应用.但钛合金的低硬度和低耐磨性能使它的应用受到了限制.激光熔覆因其熔覆层与基体结合力强,无污染等优点成为钛合金表面改性研究热点之一.钛合金表面熔覆具有不同特性的熔覆材料来提高钛合金表面的相应性能.介绍国内外钛合金激光熔覆的研究现状和发展趋势.     

Research progress of laser cladding self-fluxing alloy coatings on titanium alloys

Laser cladding is a new surface modification technology,and is widely used for fabricating wear and corrosion resistant composites coatings. Self-fluxing alloys have many advantages,such as excellent properties of deoxidizing and slagging,high wear resistance,low melting point and easy cladding,and are often used in laser cladding to improve wear and corrosion resistance of titanium and its alloys. In this paper,the recent development of Ni-based and Co-based self-fluxing alloy coatings which includes the influence of rare earth and ceramic particles in coatings are summarized. Besides,the effects of processing parameters,such as laser power and scanning speed,on coatings are reviewed. Finally,the trend of development in the future is forecasted.     

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。     

钛镍及其合金的激光热处理现状

本文综述了近期国内Ti－Ni及其合金的激光热处理研究现状,试验证明激光热处理可以改善Ti－Ni及其合合的耐磨性、抗蚀性、高温抗氧化性和热稳定性。     

Laser welding of Ti6Al4V titanium alloys

The high strength to weight ratio and excellent corrosion resistance of titanium alloys allow diverse application in various fields including the medical and aerospace industry. Several techniques have been considered to achieve reliable welds with minimum distortion for the fabrication of components in these industries. Of these techniques, laser welding can provide a significant benefit for the welding of titanium alloys because of its precision and rapid processing capability. For pulse mode Nd:YAG laser welding, pulse shape, energy, duration, repetition rate and peak power are the most important parameters that influence directly or synergistically the quality of pulsed seam welds. In this study, experimental work involved examination of the welding parameters for joining a 3-mm thick titanium alloy using the Lumonics JK760TR Nd:YAG pulsed laser. It has been determined that the ratio between the pulse energy and pulse duration is the most important parameter in defining the penetration depth. Also it has been observed the variation of pulse duration at constant peak power has no influence on the penetration depth. Consequently, to increase the penetration depth during welding, the role of the laser parameters such as pulse energy and duration and peak power have been investigated to join 3 mm thick Ti6Al4V.     

生物医用植入钛及钛合金的力学性能研究及进展

生物医用植入纯钛具有低密度、优越的耐蚀性、无致敏性和良好的生物相容性，而医用植入钛合金还具有高比强度、较低的弹性模量及易加工等优良特点。所以生物医用植入钛及钛合金已成为外科植入件优选的替代材料。本文重点介绍了人体硬组织修复与替换材料新型钛合金的生物相容性、力学性能、合金添加元素对力学性能的影响和最新研究进展，并指出了未来研究的发展方向。