激光选区熔化制备锌基金属可降解医用植入体的工艺及性能研究

基本信息
批准号:51875310
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:温鹏
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:秦瑜,陈彦哲,尹浜兆,Reinhart Poprawe,Lucas Jauer,Maximilian Voshage
关键词:
增材制造激光选区熔化/SLM可降解医用植入体锌基金属生物制造
结项摘要

Zn is an essential element in human body. Degradation of Zn is slower than that of Mg and faster than Fe, which is attracting attention as a new biodegradable metal. Selective laser melting (SLM) has unique advantages for manufacturing personalized medical implants with complicated geometry. However, Zn is easy to produce large amounts of metal vapor under the action of laser, resulting in process instability and porosity. SLM processing of Zn faces great challenges, and the current research is very limited. In our previous research, typical implant structures with density over 99.90% were obtained in a reasonable processing window using pure Zn powder, which showed the feasibility of SLM for manufacturing Zinc based metal implants. Although the mechanical properties of pure Zn SLM parts were better than or equivalent to those obtained by most manufacturing methods, they still cannot satisfy the requirements of medical implants. Alloying is the critical issues for practical applications. In this project, Zn alloy medical implants are manufactured by SLM. The effect of metal evaporation and laser energy input on formation quality and micro structure is investigated. The mechanical properties are improved by the optimization of alloying elements and processing parameters. The strengthening technology and mechanism are clarified. The effect of alloying elements, structure geometry and surface quality on bio compatibility and biodegradability is studied. The good bio performance of SLM parts are achieved. The results are expected to provide theoretical basis and experimental data for the application of additive manufacturing of Zn based metals for biodegradable implants.

锌是人体必需元素,降解速度介于镁和铁之间,是一种新型可降解医用金属。激光选区熔化(SLM)在个性化医用植入体制备上具有独特优势,成功用于多种医用金属的增材制造。锌的沸点低,激光熔化时产生大量金属蒸气,导致质量恶化和合金烧损。目前锌金属SLM研究很少,尚无复杂结构成形件及力学和生物性能报道。前期采用纯锌粉末首次制备了锌金属多孔结构和血管支架结构,成形质量良好,初步证明了SLM制造锌金属复杂结构的可行性。纯锌的力学性能尚无法满足植入体要求,本课题采用SLM制备锌合金可降解医用植入体。通过工艺优化获得典型医用植入体结构,研究金属蒸发和激光能量对成形质量和微观组织的作用机理,揭示工艺参数和合金化对力学性能的影响规律及调控机制,提升锌基金属SLM成形件的力学性能,阐明材料成分、几何结构和表面质量对生物相容性和生物降解行为的影响规律,为锌基金属可降解医用植入体的增材制造提供理论依据和应用基础。

项目摘要

锌是人体必需元素,降解速度介于镁和铁之间,是一种新型可降解医用金属。激光选区熔化(SLM)在个性化医用植入体制备上具有独特优势,成功用于多种医用金属的增材制造。锌的沸点低,激光熔化时产生大量金属蒸气,导致质量恶化和合金烧损。目前锌金属SLM研究很少,尚无复杂结构成形件及力学和生物性能报道。前期采用纯锌粉末首次制备了锌金属多孔结构和血管支架结构,成形质量良好,初步证明了SLM制造锌金属复杂结构的可行性。纯锌的力学性能尚无法满足植入体要求,本课题采用SLM制备锌合金可降解医用植入体。通过工艺优化获得典型医用植入体结构,研究金属蒸发和激光能量对成形质量和微观组织的作用机理,揭示工艺参数和合金化对力学性能的影响规律及调控机制,提升锌基金属SLM成形件的力学性能,阐明材料成分、几何结构和表面质量对生物相容性和生物降解行为的影响规律,为锌基金属可降解医用植入体的增材制造提供理论依据和应用基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
3

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
4

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
5

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

DOI:
发表时间:2016

温鹏的其他基金

批准号:51005125
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

钛钽梯度合金植入体的选区激光熔化制备及其性能调控机理

批准号:51901020
批准年份:2019
负责人:张百成
学科分类:E0102
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

钴基硬组织修复体激光选区熔化可控成形机理研究

批准号:51705160
批准年份:2017
负责人:宋长辉
学科分类:E0508
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
3

金属基复合材料纳米陶瓷增强相选区激光熔化可控生长机制

批准号:51104090
批准年份:2011
负责人:顾冬冬
学科分类:E0413
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

激光选区熔化制备高熵合金中非平衡亚结构及疲劳失效机制研究

批准号:51901004
批准年份:2019
负责人:谈震
学科分类:E0106
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目