激光成形制备生物医用钛合金材料研究进展

激光成形制造技术是在快速原型技术的基础上结合激光加工技术发展起来的一项高新制造技术.它能够通过不同的加工方式调整结构及功能零件的性能,满足复杂致密或者多孔钛合金生物医用材料的成形需求,实现医用钛合金零件的个性化设计和制备,因此在医用钛合金人工肢体和植入体领域方面具有巨大的应用潜力.目前在制备生物医用钛合金材料领域研究较多的激光成形制造技术主要有激光立体成形和选择性激光烧结/熔化.本文综述了这两种激光成形制造在生物医用钛及钛合金制备方面的应用情况和研究现状,并指出了该领域未来的发展趋势.     

激光技术在材料科学中的应用

综述了激光技术在纳米村料制备，表面改性和成形技术等先进制造工艺中的应用和进展。重点介绍了激光消融法制备纳米颗粒、薄膜的原理、特点段激光淬火、激光表面熔敷和激光表面合金化等材料表面改性技术。同时，对先进的激光立体成形技术及其应用现状做了慨述。     

基于选择性激光烧结的铸造熔模快速制造技术

快速原型制造技术（快速成形技术）是国际上２０世纪８０年代末期以来制造领域的一个研究热点,其分层制造的思想成功地解决了复杂三维实体的制作难题。同时,由于其根据零件的ＣＡＤ模型直接生成三维实体,因此可以极大缩短零件的制造周期。本文详细阐述了快速成形技术的一个重要分支－－选择性激光烧结技术用于快速制造铸造熔模的方法,并介绍了一个应用实例。     

国内外粉末冶金技术发展概况

近十年来,粉末冶金作为“先进冶金”的高技术,日益与相邻学科及相关技术相互渗透、结合,促进了新技术的形成、应用和发展,快速凝固、机械合金化、快速固结（激光烧结、放电等离子烧结、微波烧结）、温压成形、注射成形技术和激光立体成形技术等快速成形技术的出现,使粉末冶金技术成为最引人注目的先进材料及机械零件制备技术,受到各国的普遍重视和研究。本文将重点介绍目前世界范围内影响最大、最具发展潜力的新技术和新材料。1 新的粉末冶金技术不断涌现,促进了粉末冶金工业的飞速发展金属粉末注射成形技术（MIM） 粉末注射成形技…     

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。     

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。     

金属3D打印技术的研究

3D打印或增材制造是一种采用逐层材料堆积的方式直接从数字模型制造零件的新方法,被誉为"第三次工业革命"的核心技术。这种无模具的制造方法可以在短时间内生产出高精度、完全致密的金属零件。3D打印具有零件设计自由、零件复杂性、轻量化、零件整合和功能设计等特点,故金属3D打印在航空航天、石油天然气、海洋、汽车、模具制造和医疗领域中的应用受到特别的关注。首先简要介绍了金属3D打印技术的基本原理、特点及分类,然后重点介绍了几种金属3D打印技术——选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化成形技术(SLM)、直接金属激光烧结技术(DMLS)、电子束熔化成形技术(EBM)和激光工程化净成形技术(LENS),包括技术的基本原理、优缺点及其具体应用领域。最后对金属3D打印技术的优势、目前面临的主要问题及未来发展趋势进行了总结与展望。     

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。     

钛部件的激光成形法

激光成形法是一种利用激光直接沉积金属的方法，它把高功率激光沉积技术和先进、快速的成品件成型技术结合在一起，直接制造三维复合部件．高功率激光和多轴向位置控制系统以其最简单的方式把金属粉末熔化一块，形成直接由计算机辅助设计汇AD）的部件．这种方法与最普通的快速成品件成型技术（例如立体平版印制术加局部的激光焰给技术）非常类似．然而不同的是，不用中间工序如铸造、热等静压或低熔点合金的后没渗，就可以制得致密整体金属件．力学试验数据和成分分析表明，激光沉积的材料满足了工业纯钛、T－6川一4V和对一5周一25Sn的AS…     

激光立体成形TC4-TA19功能梯度材料的热行为和组织

TC4-TA19功能梯度材料可在同一结构不同部位获得不同的性能,具备工程应用潜力和价值。激光立体成形是一种可靠的高性能金属构件制备技术,适用于制造功能梯度材料。本文对激光立体成形TC4-TA19功能梯度材料的成形过程热行为和3种典型成分梯度区的组织形态进行了模拟和实验研究。结果表明,成形温度场和凝固冷却速度受激光功率和层厚的影响显著,受扫描速度影响相对较小,对成分梯度不敏感。成分梯度区组织均由外延生长β柱状晶和晶内交错的α板条组成,其中α板条尺寸主要受合金成分影响,随TC4比例提高不断粗化。成分梯度区中成分界面处的组织具有较高的连续性,成分梯度越小,界面越不明显。成分梯度区具有较高的设计自由度,可通过调控激光功率和层厚优化凝固组织,利于实际生产。     

选择性激光烧结成形温度场的研究进展

选择性激光烧结技术与传统铸造工艺相结合,为快速制造某些难以用传统方法获得的铸件提供了有利途径.对于各种粉末材料在选择性激光烧结成形过程中温度场的模拟与预测,是合理选择其烧结工艺参数的基础.本文中综述了聚合物粉末、聚合物覆膜金属/陶瓷粉末和金属粉末在选择性激光烧结过程中的热物性参数变化规律及其相应的成形温度场分布,以利于激光选择性烧结各类粉末材料而精确成形零部件.     

钛合金激光表面处理的进展及应用

钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理（LST）技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能,成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用,介绍了现有的局限性,提出了未来的研究方向,并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望,以推进LST创新,为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。     

无机-有机复合组织器官工程材料的微纳制造

无机-有机复合组织器官工程支架的微纳制造是近年来兴起的生物材料研究领域,相对传统的生物材料与组织工程材料制造技术,微纳制造整合了微纳米技术、计算机辅助设计、数字化制造等先进技术手段,为新型生物医用材料的开发以及生物材料制造新技术、新设备的研发提供了新的技术路线。综述了生物医用材料、特别是组织器官工程与组织修复材料微纳制造技术现状及发展趋势,主要内容包括生物材料的微纳米化及实现途径、组织器官工程支架材料的数字化设计、组织器官工程支架材料的数字化制造新技术等,对我国组织器官工程（修复）材料数字化微纳制造新技术的优先发展领域提出了展望。     

A review of particulate-reinforced aluminum matrix composites fabricated by selective laser melting

Selective laser melting (SLM) is an emerging layer-wise additive manufacturing technique that can generate complex components with high performance. Particulate-reinforced aluminum matrix composites (PAMCs) are important materials for various applications due to the combined properties of Al matrix and reinforcements. Considering the advantages of SLM technology and PAMCs, the novel SLM PAMCs have been developed and researched in recent years. Therefore, the current research progress about the SLM PAMCs is reviewed. Firstly, special attention is paid to the solidification behavior of SLM PAMCs. Secondly, the important issues about the design and fabrication of high-performance SLM PAMCs, including the selection of reinforcement, the influence of parameters on the processing and microstructure, the defect evolution and phase control, are highlighted and discussed comprehensively. Thirdly, the performance and strengthening mechanism of SLM PAMCs are systematically figured out. Finally, future directions are pointed out on the advancement of high-performance SLM PAMCs.     

金属生物材料支架的微结构拓扑优化设计及选区激光熔化制造(英文)

生物材料支架的精确设计和制造是骨组织工程系统研究的基础。生物材料支架应该同时满足大孔隙率和与骨组织匹配的力学性能要求。这两个目标相互制约,大的孔隙率会降低其力学性能。利用拓扑优化的方法,在体积分数的约束下,寻求刚度最大的最优材料分布微结构。建立算法,得到了不同体积分数的2D和3D最优微结构,并提取3D拓扑优化的结果,然后将其转化为STL格式的CAD模型文件。微结构在三维方向整列成支架结构,通过选区激光熔化方法制造30%(体积分数)的Ti支架样品。从SEM图像看出,支架样品的结构和孔径与CAD模型基本一致,500μm微结构单元的平均孔径为231μm。复杂形状金属生物材料支架的精确制造证实了选区激光熔化技术在金属生物医学材料制造中的可行性。     

Preparation and Performance of Spherical Ni Powder for SLM ProcessingEI北大核心CSCD

3D printing has attracted increasing interests in the field of metallic materials as it can effectively shorten the production cycle and create parts with complex shapes, which can hardly be produced by traditional methods. However, the gas atomization, as the mainstream method of preparing metal and alloy powders to meet the requirements of the processing of selective laser melting (SLM) at present, still has some limitations, such as hollow and/or satellite balls in the powder. This influences directly the density and performance of the printing parts. Moreover, the laser absorption in the smooth surface of powder particle is generally less than 10% in the laser processing, which hinders rapid heating of the powder. It has been found that the material can obtain multiple absorption of laser energy by increasing the surface roughness of powder particles, which can effectively improve the laser absorption rate and is beneficial to get the dense printing parts. Based on this, a novel method combining low temperature spray-drying with heat treatment was developed to prepare Ni powder with high purity, good sphericity, high flowability and narrow particle size distribution. The microstructure and laser absorptivity of the prepared Ni powder were compared with those of the commercial Ni powder prepared by gas atomization, and their influences on the microstructure and properties of the 3D printed bulk materials were investigated. It is found that the laser absorptivity of the Ni powder prepared by spray-drying is more than 2 times as high as that of the commercial Ni powder. This leads to a wider melting channel, smaller surface ten-sion and liquid-bridging force between particles in the printing process. As a result, the spheroidization phenomenon occurred on the surface of the printed bulk material can be avoided by the use of the spraydried powder, and the relative density is achieved as 99.2% at the as-printed state. In the microstructure of the printed bulk material, in addition to the cellular crystals, there are a number of fine columnar crystals, grown across the interlaminar boundaries, which is favorable for a high bonding strength between the interlayers.     

金属粉末选区激光熔化技术的研究现状及其发展趋势

选区激光熔化(SLM)技术是近年来出现的一种新型的快速成型(RP)技术。该技术的优点是:工艺简单、成型件尺寸精度高、表面粗糙度好、致密度几乎能达到100%、力学性能优良、应用前景广阔。本文描述了该技术的基本原理;详细介绍了国内外选区激光熔化技术相关设备、工艺以及成型用金属粉末材料等的研究成果;并进一步讨论了选区激光熔化技术的应用及其发展方向。