[發明專利]一種具有耐蝕和高強度的3D打印多孔點陣結構的制備方法

有效

• 申請號: 202010879056.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112077308B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 楊鑫;馬文君;張兆洋;王犇;王婉琳;劉世鋒;王巖
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;C25D11/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

本發明公開了一種具有耐蝕和高強度的3D打印多孔點陣結構的制備方法，首先對多孔點陣結構進行結構優化設計；將經優化的多孔點陣結構進行3D打印成形；將經3D打印的多孔點陣結構進行微弧氧化表面處理；將經微弧氧化表面處理后的3D打印多孔點陣結構進行對比測試；通過優化多孔點陣結構的單胞設計，結合微弧氧化表面改性技術來提升3D打印金屬點陣多孔材料的耐蝕性和壓縮強度，該方法為醫療植入體的細胞增殖，以及輕量化的打印植入體提供了價值。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種具有耐蝕和高強度的3D打印多孔點陣結構的制備方法。

背景技術

點陣多孔材料是一種具有復雜周期性結構的先進輕質多功能材料，由于其優異的比強度、吸聲、降噪等特性，近年來備受關注。而傳統的制備工藝僅可以制造類點陣結構，難以生產復雜、精細的點陣結構，成為金屬點陣多孔材料進一步應用的掣肘。近年來3D打印技術成形金屬點陣多孔材料成為研究的前沿。然而，3D打印金屬點陣多孔材料存在殘余應力大、表面粗糙度高以及局部應力集中等問題，導致其壓縮脆性以及壓縮強度較低，且高表面粗糙度耐蝕性低。因此，結合后處理技術來提升3D打印金屬點陣多孔材料性能尤為重要。

微弧氧化是一種環境友好型技術，可實現材料基體表面陶瓷氧化物層原位無損生長，對形狀復雜以及受限通道的零件表面可形成壓應力狀態的均勻致密膜層，通過該技術可改善3D打印多孔點陣結構的表面狀況，達到優異的性能，解決3D打印多孔點陣結構在醫療植入體的應用困境，進一步拓寬3D打印技術的應用領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有耐蝕和高強度的3D打印多孔點陣結構的制備方法，解決了3D打印多孔點陣結構表面的因腐蝕引起的強度降低的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種具有耐蝕和高強度的3D打印多孔點陣結構的制備方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，首先對多孔點陣結構進行結構優化設計；

步驟2，將經步驟1優化的多孔點陣結構進行3D打印成形；

步驟3，將經步驟2得到的3D打印多孔點陣結構進行微弧氧化表面處理；

步驟4，將經步驟3處理后的3D打印多孔點陣結構進行對比測試。

本發明的特點還在于：

其中步驟1中結構優化設計具體內容包括：

從單胞形狀、單胞尺寸、支柱直徑、體積孔隙率控制進行優化：單胞為F2CCZ結構，單胞支柱直徑為0.4mm，單胞支柱長度為3.0mm，單胞體積孔隙率為82.6％，單胞的數量為4*4*4，組合成一個立方的點陣結構；

其中步驟2中3D打印成形的工藝參數為：

激光光斑直徑53μm，鋪粉層厚為25μm，粉末粒徑分布為15～53μm，激光功率為100W，預熱溫度為180℃～200℃，打印艙室的保護氣氛為氬氣，設備內空氣氧含量不大于0.2％～0.5％；

其中步驟3中微弧氧化表面處理中的工藝參數為：

電解液成分為20g/L硅酸鈉，4g/L氫氧化鉀和10g/L六磷偏酸鈉；脈寬為120us，頻率500Hz，電流1A，時間5min～20min；

其中步驟4中對比測試的具體過程為：

首先將經步驟2和步驟3得到的多孔點陣結構進行壓縮測試對比；

然后將經步驟2和步驟3得到的多孔點陣結構分別進行人體體液腐蝕；

最后將經人體體液腐蝕后的兩種多孔點陣結構進行壓縮測試對比；

其中人體體液腐蝕的溶液配比如下，在1L水中加入0.25g氯化鈣，0.42g氯化鉀，9g氯化鈉。