选区激光熔化成型悬垂面质量的影响因素分析

悬垂结构是选区激光熔化成型存在的固有几何限制,其容易导致成型件形状与尺寸精度变差。为了掌握悬垂面成型出现缺陷的原因,在自主研发的选区激光熔化成型设备上,采用316L不锈钢粉末,进行了高速与低速条件下成型不同倾斜角度和不同扫描线长度的悬垂结构实验。结果表明,倾斜角越小和扫描速度越小,翘曲变形越严重,理论分析了最小成型角度与可靠成型角度分别与高速扫描、低速扫描的实验结果吻合。高速扫描可成型具有最小成型角度的悬垂面,而低速扫描下只能成型可靠成型角度的悬垂面。悬垂面沿着长线扫描方向更容易发生翘曲变形。通过对悬垂面进行局部成型参量控制,可以明显改善成型质量。本研究从工艺与设计的角度为选区激光熔化技术成型悬垂面提供了依据,并给出了初步解决方法。     

选区激光熔化成型悬垂结构的计算机辅助工艺参数优化

为了提高选区激光熔化(SLM)成型悬垂结构的质量,从调节成型方向和能量输入入手研究悬垂结构的计算机辅助工艺参数优化。以减小零件模型整体难成型悬垂面的面积为目标,以零件模型非成型方向的两个旋转角度为优化变量,建立成型方向的优化模型,并基于遗传算法实现优化模型参数的求解。通过遍历零件模型中的所有三角面片,建立倾斜角静态查找表,并在成型时查表实现能量输入的实时调节。实验结果表明,经成型方向优化,零件模型难成型悬垂面的面积从555.12mm2减小为16.211mm2,所需支撑数量明显减少;成型后所得零件无明显悬垂物和翘曲变形,成型质量明显改善。     

面向定制化牙科产品的协同设计系统的研究

为了快速设计和制造定制化牙科产品,结合牙科产品的特点,分析了定制化牙科产品协同设计系统中各组织间的协同作用、产品协同设计过程以及协同设计系统的结构;以定制化托槽为例,研究了结合托槽设计及选区激光熔化快速成型的协同设计系统的产品设计制造流程,运用统一建模语言建立了定制化托槽的协同设计过程.实例表明,采用该系统,牙科产品开发商与牙科医生协作实现快速设计并制造定制化产品.     

选区激光熔化快速制造个性化不锈钢股骨植入体研究

为解决传统人工股骨植入体个体匹配性差,结构强度与生物活性难统一等问题,提出了个性化股骨植入体的优化设计及制造方法.采用解剖学建模技术设计出外形匹配,内含三维网状构架的假体模型.利用316L不锈钢粉末结合选区激光熔化快速成型技术在含氧量小于0.15%的气氛下,完成实体制造.研究结果表明,该方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化人工股骨植入体.提出的优化结构的设计方法能使不锈钢植入体的质量减少65.5%,符合设计需求.表面质量较好,尺寸误差在±1mm以内,未经打磨表面粗糙度达到Ra30μm,硬度达到HRC32.     

基于激光叠层制造的多孔医用植入支架的开发(英文)

研究多孔医用植入支架的数字化设计和激光叠层制造工艺制备方法。利用CT技术和Pro/Engineer 软件设计出具备个性化特征的多孔人工股骨模型和多孔心血管支架模型,然后采用钛合金粉末材料,由选区激光熔化工艺直接制备出来。结果表明,通过改进支架单元体的结构工艺性,可以避免添加支撑,所制备的多孔支架具有良好的贯通性。同时,若干问题也呈现出来,如单元体的几何精度较差。由于患者具备个体特征,叠层制造工艺所具备的自由设计有利于其在医学上的应用。随着设计、工艺、生物相容性等的进一步研究,将会开发出更多的支架并应用于临床。     

基于CT反求选区激光熔化制造个性化零件研究

为直接制造具有复杂外形的个性化金属结构件,采用"设计-制造"两步成型法,将CT图像反求与正向建模方法结合,获得个性化的股骨、手术模板及舌侧矫正器CAD数据,通过选区激光熔化技术完全熔化316L不锈钢粉末,由正交试验优化成型工艺参数,然后,制取设计构件.讨论了光纤激光器的细小光斑对成型精度的影响,分析了层间错开扫描策略对...     

选区激光熔化直接成型个性化牙冠牙桥研究

为了探索应用数字化反求设计结合选区激光熔化快速成型技术制作个性化牙冠牙桥的可行性,通过Laser-denta扫描系统测量牙列模型并 3 维重建其数字化外形,采用计算机辅助设计了牙冠牙桥。利用自主研发的选区激光熔化快速成型设备Dimetal-280进行了316L不锈钢粉末的正交实验工艺研究,获得优化参量,并用该参量加工设计了牙冠牙桥。结果表明,该方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化牙冠牙桥,且成型速度快、尺寸精度高、表面质量好、误差在±0.15mm以内,未经打磨表面粗糙度达到20μm;与传统加工方式相比,反求工程结合选区激光熔化快速成型的方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化金属牙冠牙桥,为其应用于口腔修复体的计算机辅助设计与制造提供了科学依据。     

多零件选区激光熔化成型效率的优化

对多零件选区激光熔化的成型效率进行了优化.首先,分析了多零件选区激光熔化成型过程的时间消耗,并以减少时间消耗为目标建立了3维零件在3维成型空间中的2.5维排料优化规则.然后,研究了2.5维自动排料,提出利用3维零件模型在2维平面区域的投影将2.5维排料转化为2维排料的简化方法和一种利用切片数据进行投影生成的算法.最后,为验证所述方法的有效性,以手术模板模型为例,在虚拟选区激光熔化系统VDemetal280上进行了优化实验.与优化前相比,优化后的成型次数从4次降为3次,在扫描速度为600 mm/s、切片层厚为0.035 mm、扫描间距为0.08mm的工艺参数下,总铺粉次数从3 892次降为2 231次,预计加工时间从约91 276 s降为69 918 s,时间消耗有明显减少.     

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。     

选区激光熔化直接制造网格结构零件

为了实现网格结构零件的制造,在快速成型设备Dimetal-280上经过选区激光熔化(SLM)工艺实验,分析了SLM中能量吸收对零件尺寸的影响、激光深穿透及铺粉装置对成型效果的影响.结果表明,采用实验中优化的工艺参数成型的316L不锈钢网格结构零件孔径大小均匀、孔隙贯通性良好.孔径尺寸在X方向为965 μm,Y方向为975 μm,与设计值相差分别为35 μm及25 μm.研究采用的SLM设备成型网格零件是可行的,在网格零件制造中具有很大的潜力.