【技術實現步驟摘要】
本申請涉及增材制造，尤其涉及一種鋯合金植入物的電子束增材制造方法。
技術介紹
1、隨著人口老齡化進程的加劇，膝關節產品的市場需求量以及注冊數量持續攀升。據統計，2020年國內全膝關節置換手術量達到40萬例以上，并且每年仍以20%的速度增長。而且膝關節產品的注冊數量也在不斷增加，經國家藥監局批準的國內注冊及進口注冊的膝關節假體產品已超過了160多個。
2、從產品材料的角度來看，超過95%的膝關節假體產品采用的是鈷鉻鉬合金材料。雖然鈷鉻鉬合金具有良好的耐磨損性、耐腐蝕性和較高的強度性能，而被大量用于人工關節的關節面部件和承力部件，但鈷鉻鉬合金依然存在很多有待改善的問題，例如：合金密度大，是鈦合金的近兩倍；彈性模量高，是皮質骨的大約十倍；鈷、鉻、鎳含量高，易致金屬過敏；以及磨損顆粒累積引起無菌松動等問題。鋯鈮合金的出現成為改善鈷鉻鉬合金膝關節假體臨床問題的有效手段。鋯鈮合金的密度僅為鈷鉻鉬合金的75%，彈性模量低，應力遮擋效應得到明顯改善，生物相容性好。且與鈷鉻鉬合金相比，通過表面氧化改性形成厚度5m以上的致密氧化膜后，材料表面更硬、更耐磨損、潤濕性好以及摩擦系數更低，大大降低了患者的炎癥反應。
3、相關技術中，目前的鋯鈮合金關節產品種類較少，且通常采用鍛造鋯鈮合金制備，受限于傳統加工能力，在假體載力部分的設計自由度上，以及多孔結構骨整合界面的設計上存在較大不足。增材制造技術為解決以上問題提供了新的思路，增材制造技術自由成形的理念打破了傳統技術對于膝關節假體結構設計的局限，且對于多孔結構制備的天然優勢，使其支持
4、而且目前的鍛造鋯鈮關節產品，以膝關節為例，通常是基于國外患者解剖大數據，并且受限于傳統的加工能力，在產品設計上受到很大的局限，在臨床應用中，存在與國人解剖匹配性差，假體覆蓋率低，會出現激惹關節周圍韌帶、髕骨滑車異常導致的疼痛，以及關節不穩等問題；其次，目前的膝關節產品基本采用骨水泥固定，使得假體生物固定界面的骨整合性能不良。
5、因此，有必要提供一種新的技術方案改善上述方案中存在的一個或者多個問題。
6、需要說明的是，在上述
技術介紹
部分公開的信息僅用于加強對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
1、本申請的目的在于提供一種鋯合金植入物的電子束增材制造方法，進而在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或者多個問題。
2、根據本申請實施例提供的一種鋯合金植入物的電子束增材制造方法，該方法包括：
3、在面能量輸入總時間內，控制能量源以階梯變化的面能量輸入密度對基板進行預熱至預設溫度；其中，所述階梯變化的面能量輸入密度的階梯數n≥3，第2階梯的面能量輸入密度小于第1階梯的面能量輸入密度，且從第2階梯到第n階梯的面能量輸入密度逐漸增加，第3階梯的面能量輸入密度大于所述第1階梯的面能量輸入密度；
4、控制所述基板下降預設高度，將鋯合金粉末鋪設到預熱后的所述基板上；
5、在第一體能量輸入時間內，控制所述能量源以第一體能量輸入密度對所述基板上的所述鋯合金粉末進行粉末預熱；
6、控制所述能量源以第二體能量輸入密度對預熱后的所述鋯合金粉末進行選區熔化；
7、在第二體能量輸入時間內，控制所述能量源以第三體能量輸入密度對選區熔化后的粉床進行熱補償；
8、重復鋪粉、粉末預熱、選區熔化和熱補償步驟，直至得到目標零件。
9、本申請的實施例中，所述面能量輸入總時間包括第1階梯的面能量輸入時間至第n階梯的面能量輸入時間；其中，所述面能量輸入總時間小于等于60min，所述第n階梯的面能量輸入時間為5-20min。
10、本申請的實施例中，所述面能量輸入密度的計算公式為：
11、（1）；
12、式中，表示面能量輸入密度，表示輸入功率，表示輸出功率的損失率，表示能量源的掃描速度，表示掃描間距，表示能量轉化率。
13、本申請的實施例中，所述面能量輸入密度為0.01-0.2j/mm2。
14、本申請的實施例中，所述第一體能量輸入密度、所述第二體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度的計算公式均為：
15、（2）；
16、式中，當計算第一體能量輸入密度時，表示第一體能量輸入密度；當計算第二體能量輸入密度時，表示第二體能量輸入密度；當計算第三體能量輸入密度時，表示第三體能量輸入密度；表示輸入功率，表示輸出功率的損失率，表示粉末顆粒松比，表示能量源的掃描速度，表示掃描間距，表示能量轉化率，表示預設高度。
17、本申請的實施例中，所述第一體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度均為0.3-1.5j/mm3，所述第一體能量輸入時間與所述第二體能量輸入時間的時間和為8-30s。
18、本申請的實施例中，所述第二體能量輸入密度為9.0-35.0j/mm3。
19、本申請的實施例中，所述預設高度為0.05-0.1mm。
20、本申請的實施例中，所述面能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸、所述第一體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸和所述第三體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸均為300-2000μm，所述第二體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸為50-500μm。
21、本申請的實施例中，至少80wt%的所述鋯合金粉末的粒度范圍為45-170μm，所述鋯合金粉末的中值粒徑的范圍為80-120μm；其中，wt%表示重量含量百分數。
22、本申請的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：
23、本申請的一種實施例中，通過上述方法，在面能量輸入總時間內，控制能量源以階梯變化的面能量輸入密度對基板進行預熱至預設溫度，實現了對基板的均勻預熱，為后續鋪設粉末提供了穩定的溫度場的同時，盡可能維持基板在預設溫度下的平整度；控制能量源以第一體能量輸入密度對基板上的鋯合金粉末進行粉末預熱，實現了對粉末的均勻預熱，防止出現吹粉現象或出現粉末過燒結現象，便于后續更好地進行選區熔化；控制能量源以第二體能量輸入密度對預熱后的鋯合金粉末進行選區熔化，實現了對鋯合金粉末的燒結；控制能量源以第三體能量輸入密度對粉床進行熱補償，不僅能夠防止粉床溫度低出現吹粉現象，同時還降低了熱應力，提高了目標零件的成形質量，從而滿足醫療關節植入物的應用需求。本申請在增材制造的各個步驟中，通過控制能量源，以面能量輸入密度、第一體能量輸入密度、第二體能量輸入密度和第三體能量輸入密度這種耦合參數，來保證打印過程中的穩定性以及目標零件的質量一致性，本申請允許在更加自本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入總時間包括第1階梯的面能量輸入時間至第n階梯的面能量輸入時間；其中，所述面能量輸入總時間小于等于60min，所述第n階梯的面能量輸入時間為5-20min。
3.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入密度的計算公式為：
4.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入密度為0.01-0.2J/mm2。
5.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述第一體能量輸入密度、所述第二體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度的計算公式均為：
6.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述第一體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度均為0.3-1.5J/mm3，所述第一體能量輸入時間與所述第二體能量輸入時間的時間和為8-30s。
7.根據權利要求
8.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述預設高度為0.05-0.1mm。
9.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸、所述第一體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸和所述第三體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸均為300-2000μm，所述第二體能量輸入密度對應的能量源的束斑尺寸為50-500μm。
10.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，至少80wt%的所述鋯合金粉末的粒度范圍為45-170μm，所述鋯合金粉末的中值粒徑的范圍為80-120μm；其中，wt%表示重量含量百分數。
...【技術特征摘要】
1.一種鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入總時間包括第1階梯的面能量輸入時間至第n階梯的面能量輸入時間；其中，所述面能量輸入總時間小于等于60min，所述第n階梯的面能量輸入時間為5-20min。
3.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入密度的計算公式為：
4.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述面能量輸入密度為0.01-0.2j/mm2。
5.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述第一體能量輸入密度、所述第二體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度的計算公式均為：
6.根據權利要求1所述的鋯合金植入物的電子束增材制造方法，其特征在于，所述第一體能量輸入密度和所述第三體能量輸入密度均為0.3-...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李會霞，郭瑜，程康康，王宇，王輝，楊星波，張晗，
申請(專利權)人：西安賽隆增材技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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