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激光技术在医学材料上的应用

导读: 近年来,激光立体成形技术的研究逐渐兴起,由于该技术可以实现具有复杂形状的高性能致密金属零件的快速成形,为高性能医用植入体的制备提供了一条重要途径,受到了生物医用材料领域的广泛重视。

  近年来生物医用材料的需求快速增长,2005年全世界的生物医用材料的市场总额已经达到了2100亿美元,我国的销售总额也达到800亿元人民币,其中医用种植生物材料占了很大比重,主要用于恢复组织、器官的结构与功能。金属及金属基生物材料因具有较好的力学性能,在临床上已成为植入材料的主流。

  但是,医用植入体大多需要针对患者个体实现个性化设计与制作,这在技术上具有很大的难度,并产生高成本和长周期等问题。迄今为止,金属植入体的制作多采用锻造或铸造方法,加工工艺繁复、加工周期长、成本高昂,这成为阻碍其发展的主要问题。与传统的加工方法相比,激光成形制备生物材料,不仅可以节约时间和材料,简化工艺步骤,实现数字化、无模化近终成形,还能实现个性化设计和加工,满足不同患者的个性化需求,因此在生物医用材料制备领域具有重大应用价值。

  近年来,激光立体成形技术的研究逐渐兴起,由于该技术可以实现具有复杂形状的高性能致密金属零件的快速成形,为高性能医用植入体的制备提供了一条重要途径,受到了生物医用材料领域的广泛重视。

  所谓激光立体成形技术(LaserSolidForming,LSF),其基本原理是:首先在计算机中生成零件的三维模型,然后将该模型按一定的厚度分层“切片”,即将零件的三维数据信息转换成一系列二维轮廓信息,再采用激光涂覆的方法,利用激光使粉末熔化凝固形成冶金结合,按照轮廓轨迹逐层堆积材料,最终形成三维实体零件毛坯。

  激光立体成形技术可以制备完全致密的零件,同时粉末被熔化后快速冷却,得到的材料组织细密、无成分偏析,使得所制备的医用金属零件具有很高的力学性能和耐腐蚀性能;而且,通过适当的气氛保护,可使制备过程中合金成分不受污染,从而保留合金原有的生物学性能。

  目前国外已有多家单位,如美国华盛顿州立大学,俄亥俄州州立大学,路易斯维尔大学和德国亚琛大学等,开展了激光立体成形制备钛合金、不锈钢脊椎,关节,类骨及生物多孔材料的研究。

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