CN112427654A - 一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备方法 - Google Patents

一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备方法，属于生物植入材料技术领域。本发明提供的制备方法可根据不同病人对支架的形状尺寸进行定制，使得支架更有针对性，尺寸更合适，也可以减小发生位移的概率；通过制备参数的调整可直接调控成形件性能；采用金属增材制造技术制备镍钛合金支架，可使镍钛合金支架的成形尺寸精度高；通过调整镍钛合金中的成分比例和金属增材制造技术的工艺参数，使得制备的镍钛合金支架的相转变温度与人体温度相近，进入人体后可自动打开，撑开患处堵塞。实施例的结果显示，采用本发明的制备方法制备得到的镍钛合金支架经压缩后，能在37℃的温度下完全展开。

Description

一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备 方法
技术领域
本发明涉及生物植入材料技术领域，尤其涉及一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备方法。
背景技术
对于当今社会，越来越多的人出现胆管、心血管等人体内管道的病症，对于管道堵塞或功能衰竭，医学上常用内支架进行疏通和支撑。NiTi合金由于其特有的超弹性、形状记忆性以及良好的生物相容性和耐蚀性被广泛应用于生物植入材料。NiTi合金的独特力学性能，来自于它的两种相结构：具有单斜结构的B19’马氏体相体现形状记忆性，立方结构的B2奥氏体相具有超弹性，奥氏体相可在温度影响下与马氏体相互转变。
针对镍钛合金较差的机械加工性能，现有技术采用以激光增材制造为代表的金属增材制造技术(即3D打印技术)，制备具有复杂结构的镍钛形状记忆合金，在满足精度要求的同时能充分发挥合金的性能。但是现有的3D打印技术制备的镍钛合金支架的相转变温度较高，应用于胆管、心血管等人体内管道的疏通和支撑的时候，需要对镍钛合金支架进行加热，才能够保证镍钛合金支架打开，撑开患处堵塞，不仅工艺繁琐，在热处理的过程中，会对镍钛合金的力学性能造成影响，导致镍钛合金的性能与预期产生偏差。
因此，需要提供一种使用时无需加热的镍钛合金支架的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于金属增材制造技术制备的镍钛合金支架及其制备方法，本发明提供的方法制备的镍钛合金支架的尺寸精度高，相转变温度与人体温度相近，放入人体后自动打开，撑开患处堵塞，可以作为生物植入材料植入人体进行疏通和支撑。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金支架的方法，包括如下步骤：
(1)根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50at.％～52at.％；所述3D打印的工艺参数为：功率为50W～4000W，扫描速度为200mm/s～3000mm/s，扫描间距为50μm～200μm。
优选地，所述步骤(1)中三维数据的获得方式为CT扫描或核磁共振。
优选地，所述步骤(2)中每个材料单元的厚度独立地为20μm～200μm。
优选地，所述步骤(3)中3D打印的工艺参数为：功率为100W～2000W，扫描速度为500mm/s～2000mm/s，扫描间距为75μm～150μm。
优选地，所述步骤(3)中的3D打印为金属增材制造技术。
优选地，所述金属增材制造技术为激光选区熔化增材制造技术或电子束熔化增材制造技术。
优选地，所述步骤(3)中的3D打印包括以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与焦点水平面平行；
2)根据多层模拟支架模型，将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下单层材料单元的高度；
3)在所述步骤2)中的基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面；
4)将所述步骤3)中的镍钛合金粉末依次经熔化、凝固后，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架。
优选地，所述步骤(3)中的3D打印在保护气氛下进行，所述保护气氛中保护气体为纯度≥99％的惰性气体。
优选地，所述保护气氛中氧气的含量为50ppm～500ppm。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的镍钛合金支架，所述镍钛合金支架的微观组织包括B19’马氏体相或B2奥氏体相。
本发明提供了一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金支架的方法，包括如下步骤：(1)根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，得到多层模拟支架模型；(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50at.％～52at.％；所述3D打印的工艺参数为：功率为50W～4000W，扫描速度为200mm/s～3000mm/s，扫描间距为50μm～200μm。本发明提供的制备方法可根据不同病人对支架的形状尺寸进行定制，使得支架更有针对性，尺寸更合适，也可以减小发生位移的概率；通过制备参数的调整可直接调控成形件性能；采用金属增材制造技术制备镍钛合金支架，可使镍钛合金支架的成形尺寸精度高；通过调整镍钛合金中的成分比例和金属增材制造技术的工艺参数，使得制备的镍钛合金支架的相转变温度与人体温度相近，进入人体后可自动打开，撑开患处堵塞。实施例的结果显示，采用本发明的制备方法制备得到的镍钛合金支架经压缩后，能在37℃的温度下完全展开。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的镍钛合金菱形网络胆管支架的示意图；
图2为本发明实施例1中采用的镍钛合金粉末表面的SEM图；
图3为本发明实施例1中采用的镍钛合金粉末截面的SEM图；
图4为本发明实施例3制备的镍钛合金菱形网络血管支架的截面组织形貌图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金支架的方法，包括如下步骤：
(1)根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50at.％～52at.％；所述3D打印的工艺参数为：功率为50W～4000W，扫描速度为200mm/s～3000mm/s，扫描间距为50μm～200μm。
本发明根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架。
在本发明中，所述三维数据的获得方式优选为CT扫描或核磁共振。本发明根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，可以使得支架更有针对性，尺寸更合适，保证制备的镍钛合金支架能够与患处结构相符，减小发生位移的概率，从而起到疏通和支撑的作用。
得到模拟支架后，本发明采用计算机软件对所述模拟支架进行切片，形成材料单元，得到多层模拟支架模型。
在本发明中，所述每个材料单元的厚度优选为20μm～200μm。在本发明中，所述金属增材制造技术为激光选区熔化增材制造技术时，每个材料单元的厚度优选为20μm～50μm，更优选为30μm～40μm；所述金属增材制造技术为电子束熔化增材制造技术时，每个材料单元的厚度优选为50μm～200μm，更优选为100μm～150μm。在本发明中，所述材料单元的厚度较低，可以进一步提高镍钛合金支架尺寸的稳定性。
得到多层模拟支架模型后，本发明按照所述多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架。
在本发明中，所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50at.％～52at.％，优选为50.5at.％～51.5at.％，更优选为51at.％。本发明对所述镍钛合金粉末的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，镍钛合金粉末制备的镍钛合金支架的相转变温度与人体温度相近，进入人体后可自动打开，撑开患处堵塞。
在本发明中，所述3D打印的功率为50W～4000W，优选为100W～2000W，更优选为200W～1000W；所述3D打印的扫描速度为200mm/s～3000mm/s，优选为500mm/s～2000mm/s，更优选为1000mm/s～1500mm/s；所述3D打印的扫描间距为50μm～200μm，优选为75μm～150μm，更优选为100μm～130μm。在本发明中，镍钛合金粉末中的Ni元素含量可以调控支架的内部显微结构组织，3D打印的工艺参数可以调控支架的致密性等性能，同时输出功率的增加、扫描速度的减慢、扫描间距的减小和层厚的减小都能提高NiTi合金的相转变温度，两者结合可直接调控成形件性能，制备得到力学性能优异的镍钛合金支架。
在本发明中，所述3D打印优选为金属增材制造技术，更优选为激光选区熔化增材制造技术或电子束熔化增材制造技术。在本发明中，所述金属增材制造技术为激光选区熔化增材制造技术时，镍钛合金粉末的粒径优选为D50＝20μm～50μm，更优选为D50＝30μm～40μm；所述金属增材制造技术为电子束熔化增材制造技术时，镍钛合金粉末的粒径优选为D50＝50μm～200μm，更优选为D50＝100μm～150μm。本发明采用金属增材制造技术制备镍钛合金支架，可以进一步提高镍钛合金支架的尺寸稳定性。
在本发明中，所述3D打印优选包括以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与焦点水平面平行；
2)根据多层模拟支架模型，将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下单层材料单元的高度；
3)在所述步骤1)中的基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面；
4)将所述步骤3)中的镍钛合金粉末熔化，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架。
本发明优选将3D打印机中的基板调至与焦点水平面平行。在本发明中，所述焦点优选为激光焦点或电子束焦点。
将3D打印机中的基板调至与焦点水平面平后，本发明根据多层模拟支架模型，将所述基板的高度降低至焦点水平面以下单层材料单元的高度。本发明通过将模拟支架模型切片成多个材料单元，然后每次将基板降低一个材料单元的高度，保证每次只制备一个材料单元，确保镍钛合金支架的稳定性。
将所述基板的高度降低至焦点水平面以下单层材料单元的高度后，本发明优选在所述基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面。在本发明中，每层镍钛合金粉末的厚度与材料单元的厚度相同。在本发明中，所述镍钛合金粉末优选放置于储粉器中。
本发明优选用刮板将镍钛合金粉末铺到基板上。在所述基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面后，本发明优选将镍钛粉刮平。本发明将镍钛粉刮平，可以保证制备的单层材料单元的尺寸稳定、精确。
在所述基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面后，本发明优选将所述镍钛合金粉末熔化，得到单层镍钛合金支架。
得到单层镍钛合金支架后，本发明优选重复上述步骤，直至制备得到镍钛合金支架。本发明采用3D打印的方式，可以对金属一次成形、可直接制造形状复杂的工件、加工精度高、工艺流程短，制造更快速、更高效，缩短了设计-制备-测试的周期。
得到镍钛合金支架后，本发明优选通过线切割将镍钛合金支架从基板上取下，进行超声清洗。本发明对所述线切割的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的工艺即可。本发明对所述超声清洗的具体操作没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识判断即可。本发明采用上述工艺，可以保证镍钛合金支架不会受到损伤。
在本发明中，所述3D打印优选在保护气氛下进行，所述保护气氛中保护气体优选为纯度≥99％的惰性气体；所述惰性气体优选为氩气或氦气，更优选为氩气；在本发明中，所述保护气氛中氧气的含量优选为50ppm～500ppm，更优选为100ppm～400ppm，最优选为200ppm～300ppm。本发明在保护气氛下进行3D打印，可以防止合金的氧化。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的镍钛合金支架，所述镍钛合金支架的微观组织包括B19’马氏体相或B2奥氏体相。在本发明中，当温度为30℃～35℃时，镍钛合金支架的微观组织为B2奥氏体相，当温度＞35℃时，镍钛合金支架的微观组织为B19’马氏体相。
本发明制备的镍钛合金支架尺寸精度高，通过调控镍钛合金的成分以及3D打印过程中的工艺参数，使镍钛合金支架的相转变温度与人体温度相近，放入人体后自动打开，撑开患处堵塞，可以作为生物植入材料植入人体进行疏通和支撑。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金菱形网络支架的方法，由如下步骤组成：
(1)根据CT扫描检测出病人患处结构，得到患处结构的三维数据，根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；模拟支架长80mm，直径10mm，壁厚90μm；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，每层材料单元的厚度为30μm，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50.6at.％，镍钛合金粉末的粒径分布D50＝30μm；所述3D打印的工艺参数为：功率为150W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为80μm；
所述步骤(3)中的3D打印为以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与激光焦点水平面平行；
2)将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下30μm；
3)在储粉缸装入足量镍钛粉末，并将顶面高度调至激光焦点水平面上，通过刮板将镍钛合金粉末铺到所述步骤1)中的基板上至焦点水平面，刮平；
4)将激光选区熔化机器工作舱通过充入99％纯度的氩气，将氧气含量降到100ppm，并在打印过程持续通入氩气保持此氧气含量，将所述步骤3)中的镍钛合金粉末熔化，形成实体，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架，然后通过线切割将支架从基板上取下，进行超声清洗，得到镍钛合金菱形网络胆管支架。
实施例1制备得到的镍钛合金菱形网络胆管支架的示意图如图1所示，从图1可以看出，制备的胆管支架具有菱形网络结构，且结构整齐。
对实施例1采用的镍钛合金粉末进行电镜扫描，得到镍钛合金粉末表面的SEM图如图2所示，镍钛合金粉末截面的SEM图如图3所示。从图2和图3可以看出，本发明采用的镍钛合金粉末粒度分布均匀，内部组织良好，没有缺陷。
实施例1制备得到的镍钛合金菱形网络胆管支架的Af＝33±2℃，压缩后能在37℃完全展开。
实施例2
一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金S形网络支架的方法，由如下步骤组成：
(1)根据CT扫描检测出病人患处结构，得到患处结构的三维数据，根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；模拟支架长90mm，直径12mm，壁厚90μm；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，每层材料单元的厚度为30μm，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50.8at.％，镍钛合金粉末的粒径分布D50＝30μm；所述3D打印的工艺参数为：功率为150W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为80μm；
所述步骤(3)中的3D打印为以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与激光焦点水平面平行；
2)将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下30μm；
3)在储粉缸装入足量镍钛粉末，并将顶面高度调至激光焦点水平面上，通过刮板将镍钛合金粉末铺到所述步骤1)中的基板上至焦点水平面，刮平；
4)将激光选区熔化机器工作舱通过充入99％纯度的氩气，将氧气含量降到100ppm，并在打印过程持续通入氩气保持此氧气含量，将所述步骤3)中的镍钛合金粉末熔化，形成实体，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架，然后通过线切割将支架从基板上取下，进行超声清洗，得到镍钛合金S形网络胆管支架。
实施例2制备得到的镍钛合金S形网络胆管支架的Af＝33±2℃，压缩后能在37℃完全展开。
实施例3
一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金菱形网络血管支架的方法，由如下步骤组成：
(1)根据CT扫描检测出病人患处结构，得到患处结构的三维数据，根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；模拟支架长29mm，直径3.5mm，壁厚60μm；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，每层材料单元的厚度为30μm，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50.6at.％，镍钛合金粉末的粒径分布D50＝20μm；所述3D打印的工艺参数为：功率为120W，扫描速度为800mm/s，扫描间距为60μm；
所述步骤(3)中的3D打印为以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与激光焦点水平面平行；
2)将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下20μm；
3)在储粉缸装入足量镍钛粉末，并将顶面高度调至激光焦点水平面上，通过刮板将镍钛合金粉末铺到所述步骤1)中的基板上至焦点水平面，刮平；
4)将激光选区熔化机器工作舱通过充入99％纯度的氩气，将氧气含量降到80ppm，并在打印过程持续通入氩气保持此氧气含量，将所述步骤3)中的镍钛合金粉末熔化，形成实体，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架，然后通过线切割将支架从基板上取下，进行超声清洗，得到镍钛菱形网络血管支架。
实施例3制备得到的镍钛合金菱形网络血管支架的截面组织形貌图如图4所示，从图4可以看出，制备的血管支架内部组织平稳，为立方结构的B2奥氏体，没有缺陷。
实施例3制备得到的镍钛合金菱形网络血管支架的Af＝33±2℃，压缩后能在37℃完全展开。
实施例4
一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金菱形网络食管支架的方法，由如下步骤组成：
(1)根据CT扫描检测出病人患处结构，得到患处结构的三维数据，根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；模拟支架长80mm，直径20mm，壁厚100μm；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，每层材料单元的厚度为30μm，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50.8at.％，镍钛合金粉末的粒径分布D50＝30μm；所述3D打印的工艺参数为：功率为150W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为80μm；
所述步骤(3)中的3D打印为以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与激光焦点水平面平行；
2)将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下20μm；
3)在储粉缸装入足量镍钛粉末，并将顶面高度调至激光焦点水平面上，通过刮板将镍钛合金粉末铺到所述步骤1)中的基板上至焦点水平面，刮平；
4)将激光选区熔化机器工作舱通过充入99％纯度的氩气，将氧气含量降到100ppm，并在打印过程持续通入氩气保持此氧气含量，将所述步骤3)中的镍钛合金粉末熔化，形成实体，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架，然后通过线切割将支架从基板上取下，进行超声清洗，得到镍钛合金菱形网络食管支架。
实施例4制备得到的镍钛合金菱形网络食管支架的Af＝33±2℃，压缩后能在37℃完全展开。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于金属增材制造技术制备镍钛合金支架的方法，包括如下步骤：
(1)根据患处结构的三维数据设计支架的尺寸和形状，得到模拟支架；
(2)采用计算机软件对所述步骤(1)得到的模拟支架进行切片，形成材料单元，得到多层模拟支架模型；
(3)按照所述步骤(2)中的多层模拟支架模型对镍钛合金粉末进行3D打印，得到镍钛合金支架；所述镍钛合金粉末中Ni的含量为50at.％～52at.％；所述3D打印的工艺参数为：功率为50W～4000W，扫描速度为200mm/s～3000mm/s，扫描间距为50μm～200μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中三维数据的获得方式为CT扫描或核磁共振。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中每个材料单元的厚度独立地为20μm～200μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中3D打印的工艺参数为：功率为100W～2000W，扫描速度为500mm/s～2000mm/s，扫描间距为75μm～150μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的3D打印为金属增材制造技术。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属增材制造技术为激光选区熔化增材制造技术或电子束熔化增材制造技术。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的3D打印包括以下步骤：
1)将3D打印机中的基板调至与焦点水平面平行；
2)根据多层模拟支架模型，将所述步骤1)中基板的高度降低至焦点水平面以下单层材料单元的高度；
3)在所述步骤2)中的基板上铺设镍钛合金粉末至焦点水平面；
4)将所述步骤3)中的镍钛合金粉末依次经熔化、凝固后，得到单层镍钛合金支架；
5)重复步骤2)至步骤4)，直至制备得到镍钛合金支架。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的3D打印在保护气氛下进行，所述保护气氛中保护气体为纯度≥99％的惰性气体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述保护气氛中氧气的含量为50ppm～500ppm。
10.权利要求1～9任意一项所述方法制备得到的镍钛合金支架，所述镍钛合金支架的微观组织包括B19’马氏体相或B2奥氏体相。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113351880A (zh) * 2021-05-31 2021-09-07 中国石油大学(北京) 一种镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件
CN113909493A (zh) * 2021-09-09 2022-01-11 中国地质大学（武汉） 一种镍钛合金和钕铁硼合金多材料及其4d打印方法和应用
CN114346259A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 华南理工大学 一种记忆功能稳定适合人体承载植入物的镍钛形状记忆合金及其4d打印方法与应用
CN115029587A (zh) * 2022-05-11 2022-09-09 中南大学深圳研究院 一种增材制造氧化物弥散强化镍基高温合金及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016073589A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 クリノ株式会社 複機能ステント
GB201710288D0 (en) * 2017-06-28 2017-08-09 Qinetiq Ltd Products and methods
CN109223266A (zh) * 2018-08-20 2019-01-18 北京美迪微科技有限责任公司 一种静脉血管支架及其输送器
CN110508815A (zh) * 2019-10-09 2019-11-29 山东大学 一种基于增材制造调控镍钛形状记忆合金相变温度的方法
CN111212617A (zh) * 2017-08-11 2020-05-29 万能医药公司 撑开支架
CN111515408A (zh) * 2020-05-12 2020-08-11 广东省材料与加工研究所 NiTi合金粉及其制备方法和应用
CN111872388A (zh) * 2020-07-27 2020-11-03 上海大学 一种基于激光选区熔化技术制备高熵合金的方法
CN111979466A (zh) * 2020-08-12 2020-11-24 西北工业大学 一种形状记忆合金及其激光3d打印方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016073589A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 クリノ株式会社 複機能ステント
GB201710288D0 (en) * 2017-06-28 2017-08-09 Qinetiq Ltd Products and methods
CN111212617A (zh) * 2017-08-11 2020-05-29 万能医药公司 撑开支架
CN109223266A (zh) * 2018-08-20 2019-01-18 北京美迪微科技有限责任公司 一种静脉血管支架及其输送器
CN110508815A (zh) * 2019-10-09 2019-11-29 山东大学 一种基于增材制造调控镍钛形状记忆合金相变温度的方法
CN111515408A (zh) * 2020-05-12 2020-08-11 广东省材料与加工研究所 NiTi合金粉及其制备方法和应用
CN111872388A (zh) * 2020-07-27 2020-11-03 上海大学 一种基于激光选区熔化技术制备高熵合金的方法
CN111979466A (zh) * 2020-08-12 2020-11-24 西北工业大学 一种形状记忆合金及其激光3d打印方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
原一高: "《机械制造技术基础训练》", 30 September 2018, 上海：东华大学出版社 *
周伟民: "《3D打印 智造梦工厂》", 31 January 2018, 上海：上海科学普及出版社 *
王洪武: "《现代肿瘤靶向治疗技术》", 31 January 2005, 北京：中国医药科技出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113351880A (zh) * 2021-05-31 2021-09-07 中国石油大学(北京) 一种镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件
CN113909493A (zh) * 2021-09-09 2022-01-11 中国地质大学（武汉） 一种镍钛合金和钕铁硼合金多材料及其4d打印方法和应用
CN113909493B (zh) * 2021-09-09 2023-02-17 中国地质大学（武汉） 一种镍钛合金和钕铁硼合金多材料及其4d打印方法和应用
CN114346259A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 华南理工大学 一种记忆功能稳定适合人体承载植入物的镍钛形状记忆合金及其4d打印方法与应用
CN115029587A (zh) * 2022-05-11 2022-09-09 中南大学深圳研究院 一种增材制造氧化物弥散强化镍基高温合金及其制备方法

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