摘要
金属3D打印技术的快速发展，为成型个性化腰椎椎间融合器成为可能。钛合金具有比强度高、耐腐蚀、生物相容性好、弹性模量低等优良特性，使之成为腰椎椎间融合器主流材料。本文开发一款SLM成型的TC4(Ti6A14V)腰椎椎间融合器，在保证产品机械力学性能的前提下探究结构优化和合理的工艺条件。 (1)新结构开发，外形设计成有植骨窗和无植骨窗，内部为品格单元、规格、孔隙率和不规则度等结构指标，利用Solidworks、ANSYSAdditive、3-matlc等软件进行建模和仿真分析和机械力学试验验证。选定规格0.75mmn×0.75mm×0.75mm的金刚石晶格单元、孔隙率为67.30%，不规则度为40%。 (2)SLM成型工艺优化，使用ANSYSAdditive增材制造软件对单道熔池、孔隙率和多孔结构试验模型进行工艺过程仿真a选定新产品的工艺参数为激光功率170W、扫描速度1150mm/S。通过多孔结构压缩、拉伸和剪切试样静态力学试验以及CT和SEM组织观察结果再次证实了仿真结果。 (3)研究HIP处理工艺对多孔结构性能的影响。利用CT和SEM技术分析HIP处理增加前、后两种处理方法的形貌以及力学试验。结果表明：增加HIP处理后，多孔结构表面质量有所提高，静态力学性能无显著改善，因此在不考虑动态疲劳寿命情况下，可以不用增加HIP处理，以节省成本。 (4)新产品力学性能试验验证，对于新型的腰椎椎间融合器，在退火热处理后，进行静态压缩、剪切和沉陷性能、疲劳压缩和剪切试验。结果表明：有植骨窗和无植骨窗两种结构的腰椎椎间融合器轴向压缩均能承受80000N以上的载荷未发生功能性失效，轴向压缩．剪切试验和沉陷试验的刚度相差不大。无植骨窗腰椎椎间融合器的压缩疲劳和剪切疲劳完成规定150万循环周期；有植骨窗腰椎椎间融合器的压缩疲劳56万次出现机械失效，剪切疲劳碎裂，未达到规定循环周期。从机械力学性能的角度，初步认定本设计的无植骨窗腰椎椎间融合器相对安全适用。
NETL