CN117206544B - 一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 - Google Patents
一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117206544B CN117206544B CN202311484267.8A CN202311484267A CN117206544B CN 117206544 B CN117206544 B CN 117206544B CN 202311484267 A CN202311484267 A CN 202311484267A CN 117206544 B CN117206544 B CN 117206544B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- porous
- laser
- powder
- printing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 109
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 74
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims abstract description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 10
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 claims description 9
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 4
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 18
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 206010061363 Skeletal injury Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本申请公开了一种Zn‑Cu‑Mn‑Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，涉及合金增材制造技术领域，旨在解决现有方法制备Zn‑Cu‑Mn‑Mg多孔合金时难以成形的技术问题。所述Zn‑Cu‑Mn‑Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，包括以下步骤：制备Zn‑Cu‑Mn‑Mg粉末；基于Zn‑Cu‑Mn‑Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数；所述激光选区熔化参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为‑0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°；基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn‑Cu‑Mn‑Mg多孔合金。本申请所述方法在制备Zn‑Cu‑Mn‑Mg多孔合金时，成形较高。
Description
技术领域
本申请涉及合金增材制造技术领域，尤其涉及一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法。
背景技术
Zn-Cu-Mn-Mg合金材料因具有生物相容性好，无毒，可降解的特点，因此被广泛应用于各领域，尤其是多孔合金结构。因此常采用激光选区熔化成形制备获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金材料，但是现有的激光选区熔化成形方法在制备过程中，容易受到金属蒸汽的影响及因合金成分中元素熔点差别大而导致成形效率低。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，旨在解决现有方法制备Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金时难以成形的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请实施例提出了：一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，包括以下步骤：
制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末；其中，所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末包括以下质量百分比组分：Cu1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；
基于Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数；所述激光选区熔化参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm ，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°；
基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
作为一些可选实施方式，在所述基于Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数之前，还包括：
将所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金划分为若干单元网格结构；其中，各所述单元网格结构由若干杆组成；
将所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金的目标结构参数设置为所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为0°～120°。
作为一些可选实施方式，所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由若干单元网格结构组成，各所述单元网格结构由若干杆组成；其中，所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为0°～120°。
作为一些可选实施方式，所述基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：
获取Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件；
基于所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件，获得激光选区熔化参数；
基于所述激光选区熔化参数，将所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型进行切片，获得切片文件；
将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
作为一些可选实施方式，所述将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：
将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，铺粉，加热基板，通入氩气进行保护，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金；其中，所述基板的表面粗糙度为Ra1.6μm～Ra3.2μm。
作为一些可选实施方式，在打印过程中，所述激光选区熔化成形设备的打印腔室内的氩气纯度为99.999%，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0mbar～20mbar，除尘风量17～21 m3/h。
作为一些可选实施方式，所述基板在加热之前，需进行表面粗糙化处理，表面粗糙化处理之后的粗糙度值为Ra1.6-Ra3.2μm，基板加热温度为80℃。
作为一些可选实施方式，所述制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末，包括：
基于旋转电极雾化法，获得Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末；
将所述Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末进行真空干燥处理，获得Zn-Cu-Mn-Mg第二合金粉末。
作为一些可选实施方式，所述真空干燥处理的干燥温度为70℃～90℃，干燥时间为6h～8h，真空压力为-0.8bar～-1.0bar。
作为一些可选实施方式，所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金的结构弹性模量为10 GPa～18 GPa，30天人体体液腐蚀速率在0.21 mm/year～0.28 mm/year。
与现有技术相比，本申请实施例所述的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金包括以下质量百分比组分：Cu 1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金具有生物相容性好且可降解、无毒的优点，因此可利用其多孔结构特点用于促进骨组织附着，但是多孔结构采用常规机械加工方法难以制造，因此本申请所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由上述质量百分比组分混合后，获得Zn-Cu-Mn-Mg粉末；并将所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末作为打印粉末进行激光选区熔化成形而获得；但由于Zn 的熔点低，易于形成金属蒸汽而附着于激光镜头上，影响打印的进行，以及Cu、Mn、Mg、Zn熔点相差很大，容易导致低熔点元素的气化或者高熔点元素的未熔合，从而导致打印失败；因此本申请对激光选区熔化的参数进行了进一步地的限定，即：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。通过上述方法，可以提高多孔合金的打印效率，进而获得理想性能需求的无支撑Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构。
附图说明
图1是本申请实施例涉及的Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金激光选区熔化成形方法的流程示意图；
图2是本申请实施例涉及的Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
因意外、老龄化等原因造成的骨折或骨损伤，可以通过手术植入金属夹板进行治疗，但骨愈合后，金属存在于人体中，还需把金属夹板取出，这就会造成二次伤害，作为理想的骨植入物需要具有生物相容性好、可降解、足够的力学强度及具有与人体骨接近的弹性模量、可定制化的外形轮廓等特点。
Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金具有生物相容性好且可降解、无毒的优点，并且，纯锌的降解速度相对较慢，而加入Cu、Mg，可以降低其增加其降解速度，纯Zn的力学性能较差，Mn的加入可以提高其力学性能，同时，Zn、Cu、Mg、Mn等都是人体所需的微量元素，适宜的Zn、Cu、Mg、Mn可以被人体吸引，对人体无害。因此可利用其多孔结构特点用于促进骨组织附着，但是多孔结构采用常规机械加工方法难以制造，因此本申请所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由预设质量百分比组分混合后，获得Zn-Cu-Mn-Mg粉末；并将所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末作为打印粉末进行激光选区熔化成形而获得。
激光选区熔化成形是由逐层铺粉的金属粉末经逐层激光选择性熔化成形，可按设计的三维模型，制造复杂网格的金属制品，尤其可制造机械加工难以制造的产品，比如多孔结构。但由于Zn 的熔点低，易于形成金属蒸汽而附着于激光镜头上，影响打印的进行，以及Cu、Mn、Mg、Zn熔点相差很大，容易导致低熔点元素的气化或者高熔点元素的未熔合，从而导致打印失败。而本申请则是通过优化打印参数激光功率、扫描速度、扫描间距、路径偏移和跳转角等技术手段，解决了打印时面临的合金熔点相差较大而出现的裂纹、气孔等缺陷，以提高打印致密度。
因此本申请对激光选区熔化的参数进行了进一步地的限定，即：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。通过上述方法，可以提高多孔合金的打印效率，进而获得理想性能需求的无支撑Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了：一种Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括以下质量百分比组分：Cu 1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；即本申请通过对合金成飞比例的调整，实现了对合金腐蚀速率的调整，使其腐蚀速率适中，即避免腐蚀过快或过慢；若腐蚀过快会使植入人体后骨骼还未长好而支架过早腐蚀失去力学支撑，腐蚀过慢则长期在人体中存在发生炎症的风险。
所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由上述质量百分比组分混合后，获得Zn-Cu-Mn-Mg粉末；并将所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末作为打印粉末进行激光选区熔化成形而获得；所述激光选区熔化的参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。
通过上述参数调控，本申请可以解决现有技术在对Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金打印过程中由于金属蒸汽的影响或合金成分中元素熔点差别大难于打印成形的问题。
在实际应用中，为了更好地满足应用需求，如作为骨移植物进行应用，本申请所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由若干单元网格结构组成，各所述单元网格结构由若干杆组成；其中，所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为0°～120°。并且在作为骨移植物应用时，需要对其结构弹性模量和人体体液腐蚀速率进行限定，从而更好的完成所述骨移植物在体内的支撑性能需求和降解性能需求，因此本申请所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金的结构弹性模量为10 GPa～18 GPa，30天人体体液腐蚀速率在0.21 mm/year～0.28 mm/year。需要说明的是，锌及锌合金的弹性模量较高，多孔结构设计可以降低锌合金骨植入物的弹性模量。
在实际应用时，所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由上述质量百分比组分混合后，获得Zn-Cu-Mn-Mg粉末；并将所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末作为打印粉末进行激光选区熔化成形而获得。
具体来说，如图1所示，本申请实施例提供了一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，包括以下步骤：
步骤S10、制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末；其中，所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末包括以下质量百分比组分：Cu 1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％。
需要说明的是，所述制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末，包括：基于旋转电极雾化法，获得Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末；将所述Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末进行真空干燥处理，获得Zn-Cu-Mn-Mg第二合金粉末；在所述真空干燥处理时，干燥温度为70℃～90℃，干燥时间为6h～8h，真空压力为-0.8bar～-1.0bar。
具体地，为了提高打印成形质量，在将所述Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末进行真空干燥处理之前，还可以先基于预设筛粉标准，将所述Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末进行筛粉处理，以获得粒径更统一的打印粉末。
步骤S20、基于Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数；所述激光选区熔化参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm ，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。
需要说明的是，所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金是指打印成形的目标结构，可以用3-matic软件模块，对多孔结构杆径大小、形状与孔隙进行设置，所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构如图2所示。具体地，在所述基于Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数之前，还包括：将所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金划分为若干单元网格结构；其中，各所述单元网格结构由若干杆组成；将所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金的目标结构参数设置为所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为0°～120°。
基于上述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获得的激光选区熔化参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。
步骤S30、基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
在实际应用中，所述基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：获取Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件；基于所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件，获得激光选区熔化参数；基于所述激光选区熔化参数，将所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型进行切片，获得切片文件；将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
在实际应用中，所述将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，铺粉，加热基板，通入氩气进行保护，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金；其中，所述基板的表面粗糙度为Ra1.6μm～Ra3.2μm。
在实际打印过程中，所述激光选区熔化成形设备的打印腔室内的氩气纯度为99.999%，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0mbar～20mbar，除尘风量17～21 m3/h。
在实际应用结束后，可以待腔室内温度降到室温时再开启腔门，取出后清粉先振动清粉，再吹气清粉，进行线切割去除基板，获得多孔打印件。所述多孔打印件即Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，其由若干单元网格结构组成，各所述单元网格结构由若干杆组成；其中，所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为0°～120°。
与现有技术相比，本申请实施例所述的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金包括以下质量百分比组分：Cu 1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金具有生物相容性好且可降解、无毒的优点，因此可利用其多孔结构特点用于促进骨组织附着，但是多孔结构采用常规机械加工方法难以制造，因此本申请所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金由上述质量百分比组分混合后，获得Zn-Cu-Mn-Mg粉末；并将所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末作为打印粉末进行激光选区熔化成形而获得；但由于Zn 的熔点低，易于形成金属蒸汽而附着于激光镜头上，影响打印的进行，以及Cu、Mn、Mg、Zn熔点相差很大，容易导致低熔点元素的气化或者高熔点元素的未熔合，从而导致打印失败；因此本申请对激光选区熔化的参数进行了进一步地的限定，即：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm ，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°。通过上述方法，可以提高多孔合金的打印效率，进而获得理想性能需求的无支撑Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构。
为了便于本领域技术人员理解本申请所述技术方案，下面结合具体实施例对本申请所述技术方案进行更详细的说明：
实施例1
（1）旋转电极雾化法制备Zn-Cu-Mn-Mg合金粉末，由以下成分组成：Cu 1％，Mn2％，Mg2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；打印前进行筛粉，真空干燥，干燥温度80℃，时间6h，真空压力为-1.0bar。
（2）用3-matic软件模块进行参数化设计，设计单个单元结构杆直径为0.20mm，杆径最大跨度＜4mm，杆与杆夹角在0-120°多孔模型文件，将文件导入magics软件进行位置摆放，采用自支撑，设置打印参数为：铺粉层厚20μm，光斑直径50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率95W，扫描速度860mm/s，扫描间距0.06mm，条带间距-0.06mm，路径偏移0.03mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围在60°～120°，240°～300°，然后进行切片，形成切片文件。
(3)将步骤（2）的切片文件导入激光选区熔化成形设备中，安装粗糙度为Ra1.6-Ra3.2μm的基板，安装刮刀，铺粉，设置基板加热温度80℃，通入纯度为99.999%的氩气进行保护腔体，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0～20mbar，除尘风量19 m3/h，开始打印；
(4)打印完成后，关闭打印设备，待腔室内温度降到室温时开启腔门，取出后对打印件进行清粉处理，先振动清粉，再流道吹气清粉，进行线切割去除基板，获得打印件，即Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
将本实施例激光选区熔化成形后的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金采用同批试样进行弹性模量和30天模拟人体体液腐蚀速率测试，测试结果见表1。
实施例2
（1）旋转电极雾化法制备Zn-Cu-Mn-Mg合金粉末，由以下成分组成：Cu 2％，Mn1％，Mg1％，余量为Zn，总质量百分比为100％；打印前进行筛粉，真空干燥，干燥温度80℃，时间8h，真空压力为-1.0bar。
（2）用3-matic软件模块进行参数化设计，设计单个单元结构杆直径为0.30mm，杆径最大跨度＜4mm，杆与杆夹角在0-120°多孔模型文件，将文件导入magics软件进行位置摆放，采用自支撑，设置打印参数为：铺粉层厚30μm，光斑直径50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率120W，扫描速度1050mm/s，扫描间距0.08mm，条带间距-0.06mm，路径偏移0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围在60°～120°，240°～300°，然后进行切片，形成切片文件。
(3)将步骤（2）的切片文件导入激光选区熔化成形设备中，安装粗糙度为Ra1.6-Ra3.2μm的基板，安装刮刀，铺粉，设置基板加热温度80℃，通入纯度为99.999%的氩气进行保护腔体，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0～20mbar，除尘风量21 m3/h，开始打印；
(4)打印完成后，关闭打印设备，待腔室内温度降到室温时开启腔门，取出后对打印件进行清粉处理，先振动清粉，再流道吹气清粉，进行线切割去除基板，获得打印件，即Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
将本实施例激光选区熔化成形后的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金采用同批试样进行弹性模量和30天模拟人体体液腐蚀速率测试，测试结果见表1。
实施例3
（1）旋转电极雾化法制备Zn-Cu-Mn-Mg合金粉末，由以下成分组成：Cu 2％，Mn2％，Mg2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；打印前进行筛粉，真空干燥，干燥温度80℃，时间6h，真空压力为-0.8bar。
（2）用3-matic软件模块进行参数化设计，设计单个单元结构杆直径为0.50mm，杆径最大跨度＜4mm，杆与杆夹角在0-120°多孔模型文件，将文件导入magics软件进行位置摆放，采用自支撑，设置打印参数为：铺粉层厚20μm，光斑直径50μm，取消轮廓，只开启内表面，激光功率96W，扫描速度9600mm/s，扫描间距0.08mm，条带间距-0.06mm，路径偏移0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围在60°～120°，240°～300°，然后进行切片，形成切片文件。
(3)将步骤（2）的切片文件导入激光选区熔化成形设备中，安装粗糙度为Ra1.6-Ra3.2μm的基板，安装刮刀，铺粉，设置基板加热温度80℃，通入纯度为99.999%的氩气进行保护腔体，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0～20mbar，除尘风量20 m3/h，开始打印；
(4)打印完成后，关闭打印设备，待腔室内温度降到室温时开启腔门，取出后对打印件清粉，先振动清粉，再流道吹气清粉，进行线切割去除基板，获得打印件，即Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
将本实施例激光选区熔化成形后的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金采用同批试样进行弹性模量和30天模拟人体体液腐蚀速率测试，测试结果见表1。
表1：
可以看出，经本申请实施例所述方法成形获得的Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构弹性模量在11-18 GPa，30天人体体液腐蚀速率在0.21-0.28mm/year，可满足可降解金属基骨植入产品对骨植入物的强度及腐蚀速率的要求。
综上所述，本申请的一种Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构激光选区熔化成形的方法，与现有技术相比解决了Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构激光选区熔化成形过程中金属蒸汽的影响及因合金成分中元素熔点差别大难于打印成形的问题，获得了无支撑Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金结构，结构弹性模量在10-18 GPa，与人体骨弹性模量接近，30天人体体液腐蚀速率在0.21-0.28mm/year，可满足可降解金属多孔植入产品对骨植入物的强度及腐蚀速率的要求。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末；其中，所述Zn-Cu-Mn-Mg粉末包括以下质量百分比组分：Cu 1％～2％，Mn 1％～2％，Mg 1％～2％，余量为Zn，总质量百分比为100％；
将Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型划分为若干单元网格结构；其中，各所述单元网格结构由若干杆组成；将所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的目标结构参数设置为所述杆的直径为0.20mm～0.5mm，所述杆的杆径跨度为1mm～4mm，所述杆与邻近杆的夹角为＞0°且＜120°；
基于Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金的目标结构参数，获取激光选区熔化参数；所述激光选区熔化参数为：铺粉层厚为20～30μm，光斑直径为50μm ，取消轮廓，只开启内表面，激光功率为90～120W，扫描速度为850～1050mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，条带间距为-0.06mm，路径偏移为0.03～0.04mm，勾选应用跳转角度，跳转角度范围为60°～120°和240°～300°；
基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金；所述Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金的结构弹性模量为10 GPa～18 GPa，30天人体体液腐蚀速率在0.21 mm/year～0.28mm/year；激光选区熔化成形设备的打印腔室内的氩气纯度为99.999%，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0mbar～20mbar，除尘风量17～21 m3/h。
2.根据权利要求1所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述基于所述激光选区熔化参数，打印获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：
获取Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件；
基于所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型的模型文件，获得激光选区熔化参数；
基于所述激光选区熔化参数，将所述Zn-Cu-Mn-Mg目标多孔合金模型进行切片，获得切片文件；
将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金。
3.根据权利要求2所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金，包括：
将所述切片文件导入激光选区熔化成形设备中，铺粉，加热基板，通入氩气进行保护，开始打印，获得Zn-Cu-Mn-Mg多孔合金；其中，所述基板的表面粗糙度为Ra1.6μm～Ra3.2μm。
4.根据权利要求3所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，在打印过程中，所述激光选区熔化成形设备的打印腔室内的氩气纯度为99.999%，腔室内氧含量低于100ppm，腔室内压力为0mbar～20mbar，除尘风量17～21 m3/h。
5.根据权利要求3所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述基板在加热之前，需进行表面粗糙化处理，表面粗糙化处理之后的粗糙度值为Ra1.6-Ra3.2μm，基板加热温度为80℃。
6.根据权利要求1所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，所述制备Zn-Cu-Mn-Mg粉末，包括：
基于旋转电极雾化法，获得Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末；
将所述Zn-Cu-Mn-Mg第一合金粉末进行真空干燥处理，获得Zn-Cu-Mn-Mg第二合金粉末。
7.根据权利要求1所述Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法，其特征在于，真空干燥处理的干燥温度为70℃～90℃，干燥时间为6h～8h，真空压力为-0.8bar～-1.0bar。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311484267.8A CN117206544B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311484267.8A CN117206544B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117206544A CN117206544A (zh) | 2023-12-12 |
| CN117206544B true CN117206544B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=89049727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311484267.8A Active CN117206544B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117206544B (zh) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3541781A1 (de) * | 1984-11-28 | 1986-05-28 | Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo | Hitzebestaendige, hochfeste aluminiumlegierung und verfahren zur herstellung eines bauteils, das aus dieser legierung gemacht ist |
| WO2017152541A1 (zh) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 安徽拓宝增材制造科技有限公司 | 一种生物医用复合植入材料及其制备方法 |
| CN109365811A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-22 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 一种选区激光熔化技术成形锌合金制品的方法 |
| WO2020028643A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | The Regents Of The University Of California | Biodegradable zinc-based materials including dispersed nanostructures for biomedical applications |
| AU2020101744A4 (en) * | 2020-08-10 | 2020-09-17 | University Of Science And Technology Beijing | A Zn-Ga series alloy and its preparation method and application |
| AU2020101822A4 (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-24 | Central Iron & Steel Research Institute | Mn-Cu-based damping alloy powder for use in selective laser melting process and preparation method thereof |
| CN113351882A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 清华大学 | 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 |
| CN113427019A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 清华大学 | 一种复合材料和结构功能的金属骨植入物的制造方法 |
| CN114748686A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-07-15 | 北京大学 | 一种个性化锌合金骨植入物及其制备方法与应用 |
| CN114931664A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-23 | 华中科技大学同济医学院附属协和医院 | 一种均匀降解的功能锌合金多孔骨支架及其制备方法 |
| CN115354199A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-18 | 安徽天航机电有限公司 | 一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法 |
| CN115414526A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-02 | 西安交通大学 | 一种仿生学结构的生物降解锌合金承重骨支架及加工方法 |
| WO2022253478A1 (en) * | 2021-06-03 | 2022-12-08 | Biotronik Ag | Implant with a biodegradable support structure |
| CN115478193A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-16 | 中南大学 | 一种非晶-晶体双相结构的可降解ZnZr合金及其制备方法 |
| CN115533122A (zh) * | 2022-12-01 | 2022-12-30 | 四川工程职业技术学院 | 一种铁基合金体及其成形方法与应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030145681A1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-07 | El-Shall M. Samy | Copper and/or zinc alloy nanopowders made by laser vaporization and condensation |
| EP4061973A1 (en) * | 2019-11-18 | 2022-09-28 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Weldable aluminium alloys comprising zn as main alloying element for direct metal laser sintering |
-
2023
- 2023-11-09 CN CN202311484267.8A patent/CN117206544B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3541781A1 (de) * | 1984-11-28 | 1986-05-28 | Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo | Hitzebestaendige, hochfeste aluminiumlegierung und verfahren zur herstellung eines bauteils, das aus dieser legierung gemacht ist |
| WO2017152541A1 (zh) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 安徽拓宝增材制造科技有限公司 | 一种生物医用复合植入材料及其制备方法 |
| WO2020028643A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | The Regents Of The University Of California | Biodegradable zinc-based materials including dispersed nanostructures for biomedical applications |
| CN109365811A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-22 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 一种选区激光熔化技术成形锌合金制品的方法 |
| AU2020101822A4 (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-24 | Central Iron & Steel Research Institute | Mn-Cu-based damping alloy powder for use in selective laser melting process and preparation method thereof |
| AU2020101744A4 (en) * | 2020-08-10 | 2020-09-17 | University Of Science And Technology Beijing | A Zn-Ga series alloy and its preparation method and application |
| WO2022253478A1 (en) * | 2021-06-03 | 2022-12-08 | Biotronik Ag | Implant with a biodegradable support structure |
| CN113351882A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-07 | 清华大学 | 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 |
| CN113427019A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 清华大学 | 一种复合材料和结构功能的金属骨植入物的制造方法 |
| CN114748686A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-07-15 | 北京大学 | 一种个性化锌合金骨植入物及其制备方法与应用 |
| CN114931664A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-23 | 华中科技大学同济医学院附属协和医院 | 一种均匀降解的功能锌合金多孔骨支架及其制备方法 |
| CN115354199A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-18 | 安徽天航机电有限公司 | 一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法 |
| CN115478193A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-16 | 中南大学 | 一种非晶-晶体双相结构的可降解ZnZr合金及其制备方法 |
| CN115414526A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-02 | 西安交通大学 | 一种仿生学结构的生物降解锌合金承重骨支架及加工方法 |
| CN115533122A (zh) * | 2022-12-01 | 2022-12-30 | 四川工程职业技术学院 | 一种铁基合金体及其成形方法与应用 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Mechanical properties of naturally aged Mg-Zn-Cu-Mn alloy;J. Buha;《Materials Science & Engineering, A.Structural Materials: Properties, Misrostructure and Processing 》;20080630;127-137 * |
| Progress in selective laser melting equipment, related biomedical metallic materials and applications;Yu chao Bai;《Journal of Zhejiang University-SCIENCE》;122-136 * |
| 扫描速度对SLM成型致密度的影响综述;韩俊峰;《锻压装备与制造技术》;94-97 * |
| 选区激光熔化Al-Zn-Mg-Sc合金组织与性能研究;谢芳浩;《有色金属科学与工程》;61-71 * |
| 锌基合金激光焊焊接接头组织和性能的研究;孙福洋;《热加工工艺》;20161215;190-197 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117206544A (zh) | 2023-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110394447B (zh) | 基于激光选区熔化(slm)增材制造技术的多孔镁稀土合金植入物的制备方法 | |
| CN109332698B (zh) | 一种口腔种植体的3d打印方法及口腔种植体 | |
| CN110421172A (zh) | 一种基于选区激光熔化技术制备医用多孔钽零件的方法 | |
| DE10160178A1 (de) | Poröser, gesinterter Körper aus calciumphosphat-basierter Keramik und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| CN106148749B (zh) | 一种兼具高强度和高吸收能梯度多孔Ti-6Al-4V块体材料及其制备方法 | |
| WO2017118293A1 (zh) | 可降解骨植入物及其制备方法 | |
| CN117206544B (zh) | 一种Zn-Cu-Mn-Mg合金多孔结构激光选区熔化成形方法 | |
| WO2017152541A1 (zh) | 一种生物医用复合植入材料及其制备方法 | |
| KR20170041302A (ko) | 동결 성형을 이용한 다공성 Ti 금속 지지체 제조 방법 | |
| CN109454236A (zh) | 一种多孔口腔种植体的3d打印方法及多孔口腔种植体 | |
| CN107739939B (zh) | 一种具有抗菌性能的生物镁合金及其制备方法 | |
| CN101745148B (zh) | 一种等离子喷涂三维多孔钛生物活性涂层的制备方法 | |
| CN115533122A (zh) | 一种铁基合金体及其成形方法与应用 | |
| CN112155796A (zh) | 增材制造钛合金分区骨小梁人工髋关节臼杯及制备方法 | |
| CN110899688A (zh) | 一种牙种植体坯体的制备方法 | |
| CN114850469B (zh) | 一种金属骨水泥及多孔金属微球及其制备方法 | |
| DE112004000285T5 (de) | Oberflächenbearbeitung eines Implantats | |
| CN111331137B (zh) | 一种CoCrMo骨小梁结构的制备方法 | |
| CN114131043A (zh) | 一种提高tc4钛合金粉末利用率的方法 | |
| CN111299585B (zh) | 一种人工骨的制备方法 | |
| CN109183023B (zh) | 钛表面多孔结构层的制备方法及钛样件 | |
| CN219921288U (zh) | 一种人字形钽网 | |
| CN111197130A (zh) | 一种牙科活动修复用3d打印金属粉末及其制备方法 | |
| CN115737906A (zh) | 一种可控降解骨填充材料及其增材制造方法 | |
| CN117731832B (zh) | 一种医用聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |