激光立体成形制备多孔钛合金生物植入材料的基础研究

本项目拟在激光立体成形制备致密金属零件的基础上，结合生物植入体生物学及生物力学相容性的需求，对激光立体成形制备多孔钛合金生物植入体所涉及的基础科学问题进行研究，力图通过本项目的研究，揭示激光立体成形制备多孔钛合金生物植入体材料中的孔隙尺寸、形貌、分布的调控机制，明晰孔隙形成对多孔材料微观组织演化的影响规律，把握多孔金属材料激光立体成形件在生物环境中的生物学及生物力学行为，实现多孔钛合金植入体的激光立体成形直接制造，为实现和拓展多孔钛合金生物植入体在医学临床上的应用奠定科学基础。

本项目以钛合金粉末作为原料，利用激光立体成形方法分别制备了多孔钛支架和多孔钛涂层，对其工艺、性能进行系统深入的研究，并将多孔钛合金材料进行了生物安全性和生物相容性试验，取得的主要结论如下：.（1）多孔钛支架内部的孔隙可以近似看作二维孔隙，并且沿着垂直于沉积方向的平面排布，调节偏移距离是控制其孔径和孔隙连通性的最有效手段。.（2）激光立体成形多孔钛支架的压缩过程主要分为三个阶段：线弹性阶段、塑性屈服变形阶段和致密阶段。与致密钛合金相比，多孔钛的弹性模量迅速降低；但在激光立体成形多孔钛较窄的孔隙率范围内，弹性模量的变化受孔隙率影响较小；通过采用Gibson-Ashby模型分别建立了激光立体成形多孔钛弹性模量和屈服强度与致密度之间的关系式。.（3）多孔钛涂层孔隙的形成过程可以分为三个阶段：粉末微熔化阶段、固相熔化-液相凝固阶段及孔隙形成阶段。增大激光功率，多孔涂层的孔隙率迅速降低；适当提高送粉量，孔隙连通性变好，但过大时，孔隙率迅速降低；提高扫描速率，涂层表面平均孔径先增大后减小，表面连通性变差，但内部的贯通孔数量增多。在一定范围内，多孔钛涂层的致密度与激光能量体密度呈正比。.（4）参照相关标准及规定方法分别进行了细胞毒性试验、溶血试验、口腔黏膜刺激试验以及短期全身毒性试验，对激光立体成形多孔钛的生物安全性进行了测试，结果表明:激光立体成形多孔钛无细胞毒性；溶血率为2. 67% ；对口腔黏膜无刺激性；无短期全身毒性。采用激光立体成形技术制备的多孔钛材料具有良好的生物安全性。.