[发明专利]一种高精度可降解金属多孔支架激光粉末床熔融制造方法

权利要求书

1.一种高精度可降解金属多孔支架激光粉末床熔融制造方法，所述多孔支架激光粉末床熔融制造方法都是通过计算机模拟进行外形相关性和微结构仿生设计，并,建立支架模型；或直接成型多孔生物活性陶瓷框架或骨结构框架；然后采用激光粉末打印可再生镁基骨骼材料涂层；其特征在于，所述多孔支架激光粉末床熔融制造方法是在综合考虑材料特性和结构设计对激光粉末床熔融加工过程的影响，建立辅助气流系统，选用合适的辅助气流控制循环风速，抑制材料蒸发对成形过程的不良影响，具体包含以下步骤：

步骤一，获取基础工艺窗口，

根据所使用可降解金属粉末的蒸发特性，利用辅助气流系统控制合适的辅助气流循环风速v_c，将粉末层厚t设置与可降解金属粉体材料平均粒径d₅₀相等，将激光扫描行间距h设置与激光光斑直径φ相等，激光扫描策略采用之字形往复，每层旋转67°；改变激光功率P和扫描速度V，采用激光粉末床熔融工艺制备边长10mm的实心立方体试样；将试样平行于堆积方向切开，将截面打磨抛光后获取其光学显微图像，使用图像软件统计出界面上代表气孔和未熔合等成形缺陷的黑色像素数的百分比a，则将试件的致密度记为1-a；将致密度大于99.5％的所有激光功率和扫描速度的参数组合作为基础工艺窗口；

步骤二：设计扫描策略

多孔支架由支杆或薄壁组成的实体及其形成的孔隙组成，由厚度为t的二维图案堆积形成三维结构；在一个横截面内，实体部分的扫描路径分为外轮廓和内填充两部分，外轮廓扫描路径与实体外形重合；所用激光能量为基础工艺窗口内P和V最小的一组，“记为P₁和V_1；在基础工艺窗口内填充扫描路径采用之字形往复”，每层旋转67°，所用激光能量为基础工艺窗口中，将致密度高且位于窗口中心的一组，记为P₂和V₂：

步骤三：确定外轮廓缩进量

采用步骤二的扫描策略制备直径为0.2～2mm，高10mm的圆柱试样，以及宽度为0.2～2mm，长和高为10mm的薄壁试样，测量所得试件的实际直径或宽度D_1；并与设计值D_0n对比，则该尺寸所对应的外轮廓缩进量X_n＝(D_1n-D_0n)/2，根据D_0n和X_n确定缩进量拟合公式f(D_0n)＝X_n：

步骤四：获取多孔支架最优工艺

根据步骤二、三获得多孔支架的结构，确定支杆直径或壁厚的特征尺寸D₀分布，根据步骤三确定的拟合公式计算得到各特征尺寸的外轮廓缩进量X₀，同时，根据支架与基板的接触面积设置支撑，防止多孔支架打印过程中的变形，该支撑采用低的功率P₃和快的扫描速度V₃进行制造，目的是提高效率并方便后期从基板去除；至此得到制备多孔支架的激光粉末床熔融最优工艺参数组合，包括循环风速v_c、粉末层厚t，扫描行间距h，外轮廓激光功率P₁，外轮廓扫描速度V₁，内填充激光功率P₂，内填充扫描速度V₂，外轮廓缩进量X₀，支撑激光功率P₃，支撑扫描速度V₃。

2.根据权利要求1所述一种高精度可降解金属多孔支架激光粉末床熔融制造方法，其特征在于，采用合适的辅助气流循环风速是通过辅助气流系统控制，该辅助气流系统结构是在主舱室(4)地板上固定激光粉末床(11)，主舱室(4)右边下部侧面壁上固定多孔进气装置(1)，主舱室(4) 左边下部侧面壁上固定吸气装置(3)，吸气装置(3)与抽气泵(8)连通；多孔进气装置(1)通过电控气阀(10)与保护气瓶(9)连接；在主舱室(4)顶部左边固定氧气气体探测器(5)，主舱室(4)顶部中央垂直固定支持圆筒，支持圆筒侧壁上固定透镜保护气流口(2)，圆筒顶面固定透镜(6)，透镜(6)上方为透镜基座(7)，激光束(12)从透镜基座(7)中心圆孔进入主舱室(4)到达激光粉末床(11)表面，熔融待加工粉末。

3.根据权利要求1所述一种高精度可降解金属多孔支架激光粉末床熔融制造方法，其特征在于，多孔支架由周期重复或随机生成的孔隙单元组成，孔隙单元由支杆或薄壁组成，支杆直径和薄壁厚度可低至0.2mm，实体致密度高达99.5％以上，孔隙通透，且内部无明显残留粉末，实际孔隙率和设计值的误差小于±5％。