CN101856723B - 镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法 - Google Patents

镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，包括：(1)在上位机中建立血管支架的几何模型，对几何模型进行分层离散，并根据几何轮廓生成扫描路径；(2)向成型室内注入惰性气体，并将成型室内的氧浓度控制在一定浓度范围内；(3)供粉装置将金属粉末供送至成型室内的成型缸上，并由铺粉装置将其平铺在成型缸上；(4)采用激光扫描金属粉末；(5)判断血管支架是否已成型，若已成型，则取出血管支架成型件，否则执行下一步骤；(6)成型缸下降一层；根据扫描路径，重复步骤(3)～(5)，使金属粉末逐层熔化，直到堆积成型，获得成型的镁合金血管支架。本发明可成型网格为任意形状的血管支架，具有制造精度高等优点。

Description

镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法
技术领域
本发明属于镁合金零件制造技术领域，特别涉及一种镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法。
背景技术
在医疗中常采用植入血管支架的治疗方式疏通患者狭窄或阻塞的血管。临床中的血管支架一般由316L不锈钢、钛合金、镁合金等金属制造而成。这些金属生物材料虽然制造容易，但具有使用不足之处：即可能在腐蚀或者在磨损过程中释放有毒的金属离子或金属颗粒，从而导致组织缺损以及降低生物相容性。而且，这些金属生物材料的弹性模量与正常骨组织并不十分相称，导致应力遮挡效应，使内植入体的稳定性下降，且必须在患者充分痊愈后二次手术将其取出。与其他金属相比，镁合金血管支架具有力学性能较高、血液相容性较好的优点，尤其由于镁合金具有在人体内可以逐渐被降解并吸收的特点，若能应用于医疗领域中，则具有非常好的效果。
但，由于镁合金血管支架需要植入于血管内部，因此支架直径必须小于血管直径，通常的血管支架为直径约1mm、长为10～40mm的网状细管。且，镁比较活泼，镁合金血管支架在制造过程中容易发生氧化。因此，由于镁具有精细、易氧化等特点，镁合金零件的制造具有一定的难度。目前制造镁合金血管支架的主要方法是激光切割和激光雕刻，即通过精密工作台的移动和定位，利用激光在镁合金细管上切割或熔化掉不需要部分，最终获得网状细管，在制造过程中一直吹惰性气体(如氩气、高纯氮等)。这种方法获得的血管支架的加工面比较粗糙，经常带有毛刺，制造精度不高，成品率也很低，在很大程度上制约了其应用和推广。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种制造精度高、成型效率高的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，具体包括如下步骤：
(1)在上位机中建立血管支架的几何模型，对几何模型进行分层离散，并根据几何轮廓生成扫描路径；
(2)向成型室内注入惰性气体，并将成型室内的氧浓度控制在一定浓度范围内；
(3)供粉装置将金属粉末供送至成型室内的成型缸上，并由铺粉装置将其预置平铺在成型缸上；
(4)采用激光扫描金属粉末，激光通过激光器发射传输，在金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将金属粉末熔化，形成血管支架单层截面；
(5)判断血管支架是否已成型，若已成型，则取出血管支架成型件，否则执行下一步骤；
(6)成型缸下降一层；根据步骤(1)生成的扫描路径，重复步骤(3)～(5)，使金属粉末逐层熔化，直到堆积成型，获得成型的镁合金血管支架。
所述步骤(3)中，在预置平铺金属粉末前，先在成型缸上放置基板，所述金属粉末预置平铺在基板上。
所述步骤(3)中，金属粉末在预置到成型缸的基板前，先经设置于基板下方或铺粉装置内的加热丝加热，使金属粉末的温度达到110℃～130℃。
所述步骤(2)中，成型室内的氧浓度控制在5～8ppm的浓度范围内。
所述步骤(2)中，由气体净化装置将成型室抽空后，再向成型室内注入惰性气体；注入的惰性气体为氩气或纯度为至少不低于99.99％的高纯氮。
所述镁合金粉末的平均粒度为5μm～10μm。
所述步骤(4)中的聚焦光斑的直径为30～50μm。
镁合金要根据零件的使用要求与几何特征采用不同的成型工艺，当镁合金零件的致密度要求高时(95％以上)：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为100～150mm/s；所述激光的功率为150～200W；所述激光层间错开扫描时的扫描速度为600～800mm/s，扫描间距为100～120μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为20～30μm。
当镁合金零件的致密度要求不高时(90％左右)：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开或呈“之”字形扫描；所述激光的功率为100～150W；所述激光的扫描速度为800～1000mm/s，扫描间距为150～200μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为50～100μm。
所述供粉装置为料斗或送粉缸；所述铺粉装置为滚筒、刮板或刷子；
所述步骤(4)采用半导体泵浦YAG激光器或光纤激光器发射激光；
所述供粉装置、铺粉装置、成型缸和激光器的操作均由上位机控制实现。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明相对于现有技术，由于采用直径非常细小的激光光斑扫描熔化镁合金粉末而成型，因此本发明所获得的镁合金血管支架的成型精度高、力学性能好，且后续处理工序简单，可广泛生产应用于医学领域。
2、本发明不受血管支架的网格形状影响，可成型网格为任意几何形状的血管支架；而且，在一块基板上可同时成型几个、几十个、甚至上百个不同网格形状的血管支架，成型效率非常高。
3、本发明所获得的血管支架具有较高的形状尺寸精度、较好的表面光洁度以及良好的力学性能。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是图1所示方法获得的一种镁合金血管支架结构示意图。
图3是图1所示方法获得的另一种镁合金血管支架结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，具体包括如下步骤：
(1)在上位机中建立血管支架的几何模型，对几何模型进行分层离散，并根据几何轮廓生成扫描路径；
(2)向成型室内注入惰性气体，并将成型室内的氧浓度控制在一定浓度范围内；
(3)供粉装置将金属粉末供送至成型室内的成型缸上，并由铺粉装置将其预置平铺在成型缸上；
(4)采用激光扫描金属粉末，激光通过激光器发射传输，在金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将金属粉末熔化，形成血管支架单层截面；
(5)判断血管支架是否已成型，若已成型，则取出血管支架成型件，否则执行下一步骤；
(6)成型缸下降一层；根据步骤(1)生成的扫描路径，重复步骤(3)～(5)，使金属粉末逐层熔化，直到堆积成型，获得成型的镁合金血管支架。
所述步骤(3)中，在预置平铺金属粉末前，先在成型缸上放置基板，所述金属粉末预置平铺在基板上。
所述步骤(3)中，金属粉末在预置到成型缸的基板前，先经设置于基板下方或铺粉装置内的加热丝加热，使金属粉末的温度达到110℃。
所述步骤(2)中，成型室内的氧浓度控制在5ppm的浓度范围内。
所述步骤(2)中，由气体净化装置将成型室抽空后，再向成型室内注入惰性气体；注入的惰性气体为氩气。
所述镁合金粉末的平均粒度为6.5μm。
所述步骤(4)中的聚焦光斑的直径为30μm。
所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为100mm/s；所述激光的功率为150W；所述激光层间错开扫描时的扫描速度为600mm/s，扫描间距为100μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为20μm。
所述供粉装置为料斗；所述铺粉装置为刷子；
所述步骤(4)采用半导体泵浦YAG激光器；
所述供粉装置、铺粉装置、成型缸和激光器的操作均由上位机控制实现。
本实施例的方法可成型网格为任意几何形状的血管支架，可成型为如图2所示的网格形状为四棱形的血管支架1，也可成型为如图3所示的网格形状为部分贯通长方形的血管支架2。
实施例2
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述供粉装置为送粉缸，所述铺粉装置为刮板，所述步骤(4)采用光纤激光器发射激光。所述步骤(2)中，注入的惰性气体为纯度为99.99％的高纯氮。
所述步骤(3)中，金属粉末在预置到成型缸的基板前，先经设置于基板下方或铺粉装置内的加热丝加热，使金属粉末的温度达到130℃。
所述步骤(2)中，成型室内的氧浓度控制在8ppm的浓度范围内。
所述镁合金粉末的平均粒度为5μm。
所述步骤(4)中的聚焦光斑的直径为50μm。
所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为150mm/s；所述激光的功率为200W；所述激光层间错开扫描时的扫描速度为800mm/s，扫描间距为120μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为30μm。
实施例3
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述步骤(3)中，金属粉末在预置到成型缸的基板前，先经设置于基板下方或铺粉装置内的加热丝加热，使金属粉末的温度达到120℃。
所述步骤(2)中，注入的惰性气体为纯度为99.999％的高纯氮。
所述步骤(2)中，成型室内的氧浓度控制在6ppm的浓度范围内。
所述镁合金粉末的平均粒度为10μm。
所述步骤(4)中的聚焦光斑的直径为40μm。
所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为130mm/s；所述激光的功率为180W；所述激光层间错开扫描时的扫描速度为700mm/s，扫描间距为115μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为25μm。
实施例4
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开；所述激光的功率为100W；所述激光的扫描速度为800mm/s，扫描间距为150μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为50μm。
实施例5
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开；所述激光的功率为150W；所述激光的扫描速度为1000mm/s，扫描间距为200μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为100μm。
实施例6
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开或呈“之”字形扫描；所述激光的功率为140W；所述激光的扫描速度为900mm/s，扫描间距为180μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为80μm。
实施例7
本实施例除下述特征外其他特征同实施例6：所述步骤(4)中，激光对金属粉末呈“之”字形扫描。
实施例8
本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：所述铺粉装置14为刷子。
上述各实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)在上位机中建立血管支架的几何模型，对几何模型进行分层离散，并根据几何轮廓生成扫描路径；
(2)向成型室内注入惰性气体，并将成型室内的氧浓度控制在5～8ppm的浓度范围内；
(3)供粉装置将金属粉末供送至成型室内的成型缸上，并由铺粉装置将其预置平铺在成型缸上，在预置平铺金属粉末前，先在成型缸上放置基板，所述金属粉末预置平铺在基板上，金属粉末在预置到成型缸的基板前，先经设置于基板下方或铺粉装置内的加热丝加热，使金属粉末的温度达到110℃～130℃；
(4)采用激光扫描金属粉末，激光通过激光器发射传输，在金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将金属粉末熔化，形成血管支架单层截面；
(5)判断血管支架是否已成型，若已成型，则取出血管支架成型件，否则执行下一步骤；
(6)成型缸下降一层；根据步骤(1)生成的扫描路径，重复步骤(3)～(5)，使金属粉末逐层熔化，直到堆积成型，获得成型的镁合金血管支架。
2.根据权利要求1所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(2)中，由气体净化装置将成型室抽空后，再向成型室内注入惰性气体；注入的惰性气体为氩气或纯度为不低于99.99％的高纯氮。
3.根据权利要求1所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述镁合金粉末的平均粒度为5μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(4)中的聚焦光斑的直径为30～50μm。
5.根据权利要求4所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为100～150mm/s；所述激光的功率为150～200W；所述激光层间错开扫描时的扫描速度为600～800mm/s，扫描间距为100～120μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为20～30μm。
6.根据权利要求4所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开或呈“之”字形扫描；所述激光的功率为100～150W；所述激光的扫描速度为800～1000mm/s，扫描间距为150～200μm；
所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为50～100μm。
7.根据权利要求1所述的镁合金血管支架的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述供粉装置为料斗或送粉缸；所述铺粉装置为滚筒、刮板或刷子；
所述步骤(4)采用半导体泵浦YAG激光器或光纤激光器发射激光；
所述供粉装置、铺粉装置、成型缸和激光器的操作均由上位机控制实现。
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