基于TPMS结构的多孔钛制备与表征

作     者：李祥 高芮宁 熊胤泽 何冬梅 董双鹏 张晨 Li Xiang;Gao Ruining;Xiong Yinze;He Dongmei;Dong Shuangpeng;Zhang Chen

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学医学院附属第九人民医院上海200011 天津市医疗器械质量监督检验中心北京300384 上海交通大学上海200240 

基　　金：国家自然科学基金(51475293) 国家重点研发计划(2016YFC1103201) 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2020年第49卷第1期

页      码：325-330页

摘      要：多孔钛因具有与人体骨组织相近的弹性模量和允许骨长入的孔隙结构而备受关注。其孔隙结构特征不仅影响骨长入效果,而且决定了多孔钛的力学性能。通过三周期极小曲面(triply periodic minimal surfaces,TPMS)隐函数参数的精确调控可以构建出理想的孔隙结构模型。本实验针对TPMS模型中常用的G单元模型,研究了G单元模型隐函数参数对孔隙率、孔径、杆径等孔隙结构特征的影响规律,设计出了孔隙率约为77%,孔径分别为300(G300)、500(G500)微米的均质孔隙结构;模仿自然长骨径向梯度结构模型,构建了相应的G单元仿生梯度孔隙结构。采用选区激光熔化(SLM)增材制造技术制备了相应的多孔钛样件,利用数字显微镜和扫描电镜观测多孔钛的孔隙结构特征,发现SLM多孔钛实测孔隙率低于设计孔隙率,实测孔径小于设计值,实测杆径大于设计值。力学性能检测结果显示,G300和G500多孔钛弹性模量分别为2.04和3.12GPa,其最大抗压强度分别为63.5和103.5MPa,梯度孔隙结构多孔钛弹性模量和最大抗压强度分别为6.3 GPa和186.9 MPa。研究结果表明,G单元梯度孔隙结构多孔钛是一种理想的承重部位骨缺损修复体。

主 题 词：三周期极小曲面 多孔钛 增材制造 力学性能 

学科分类：07[理学] 070205[070205] 08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.12442/j.issn.1002-185X.2020.49.1.325330

馆 藏 号：203884415...