[发明专利]一种3D打印多孔TC4钛合金融合器及其表层晶粒细化方法

说明书

本发明涉及一种3D打印多孔TC4钛合金融合器表层晶粒细化方法，包括：利用激光选区熔化成型工艺在TC4钛合金基板上3D打印多孔TC4钛合金融合器，多孔TC4钛合金融合器采用金刚石多孔结构；使多孔TC4钛合金融合器进行360°匀速旋转，并利用喷砂处理对多孔TC4钛合金融合器的表面进行表层晶粒细化，使得砂粒穿过金刚石多孔结构对多孔TC4钛合金融合器的内表面进行均匀喷砂处理，在多孔TC4钛合金融合器的内表面和外表面均形成表层晶粒细化层和凹坑状阵列拓扑形貌。该方法在融合器表面喷砂形成的晶粒细化层可以提升其表层强化作用，改善其整体力学性能；而喷砂处理使得融合器丝径表面呈现仿骨微结构的凹坑状阵列拓扑形貌，可促进融合器的表面接触成骨和骨的爬行长入。

技术领域

本发明属于医用金属表面活化物理改性技术领域，具体涉及一种3D打印多孔TC4钛合金融合器及其表层晶粒细化方法。

背景技术

作为临床应用最广泛的医用金属，钛及钛合金兼有质轻和良好生物相容性的优势，但植入体内后其生物惰性和光滑表面难以与宿主骨接触成骨，易诱发纤维包囊而导致植入物松动，甚至失效。为提升3D打印多孔TC4钛合金融合器的表面骨整合能力和长期稳定性，需对其表面进行生物活化改性。已然知道，天然骨基质表面并非完全光滑，而是富有大量天然网状孔隙结构。因此，如何从显微结构上仿生天然骨基质以提升3D打印多孔TC4钛合金融合器的表面接触成骨能力和骨爬行长入能力，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种3D打印多孔TC4钛合金融合器及其表层晶粒细化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种3D打印多孔TC4钛合金融合器表层晶粒细化方法，包括步骤：

S1、利用激光选区熔化成型工艺在TC4钛合金基板上3D打印多孔TC4钛合金融合器，其中，所述多孔TC4钛合金融合器采用金刚石多孔结构；

S2、使所述多孔TC4钛合金融合器进行360°匀速旋转，并利用喷砂处理对所述多孔TC4钛合金融合器的表面进行表层晶粒细化，使得砂粒穿过所述金刚石多孔结构对所述多孔TC4钛合金融合器的内表面进行均匀喷砂处理，在所述多孔TC4钛合金融合器的内表面和外表面均形成表层晶粒细化层和表面凹坑状阵列拓扑形貌。

在本发明的一个实施例中，所述3D打印多孔TC4钛合金融合器的工艺参数包括：激光功率50-350W，扫描速度800-1800mm/s，扫描路径包括阻塞路径、填充路径和附加路径。

在本发明的一个实施例中，所述金刚石多孔结构的孔径为550-650μm，平均丝径为350-450μm，空隙率大于60％。

在本发明的一个实施例中，所述金刚石多孔结构中的相邻两层丝径交错排列。

在本发明的一个实施例中，步骤S2包括：

将所述多孔TC4钛合金融合器安装在360°匀速旋转装置上，采用喷枪对准旋转的多孔TC4钛合金融合器的几何中心进行表面喷砂处理，喷砂时砂粒冲击融合器丝径并穿过其金刚石多孔结构对所述多孔TC4钛合金融合器的内部丝径表面进行均匀喷砂处理，在所述多孔TC4钛合金融合器的内表面和外表面均形成表层晶粒细化层和表面凹坑状阵列拓扑形貌。

在本发明的一个实施例中，所述360°匀速旋转包括沿x轴匀速旋转、沿y轴匀速旋转和沿z轴匀速旋转。

在本发明的一个实施例中，所述喷砂处理的工艺参数包括：喷砂砂粒为白刚玉，砂粒粒径为45-100目，砂粒最大外径均值0.25-0.56mm，喷砂压强为0.3-0.6MPa，喷砂时间为5-20s，喷砂距离5-20cm。

在本发明的一个实施例中，所述表层晶粒细化层的深度为20μm。

在本发明的一个实施例中，所述表层晶粒细化层中TC4钛合金的α相和β相组织呈无序不连续排列。