SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法

摘要

本发明所述SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，采用建模软件创建生成实心模型，通过调节所用选区激光融化设备的激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距默认值，确定制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距等工艺参数，然后将所创建的实体模型导入分层切片软件并设置切片高度，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，再将所确定的激光功率、扫描速度和扫描间距输入选区激光融化设备进行加工。所制造的微米级规则孔孔隙尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍，所制造的微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍。

权利要求

1.SLM制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其特征在于所述微米级规则孔孔隙尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍，步骤如下：(1)创建骨组织工程植入物模型

根据所需要的微米级规则孔结构骨组织工程植入物的外部形状和尺寸，采用建模软件创建生成所述外部形状和尺寸的实心模型；

(2)获取激光单次扫描熔道尺寸数据激光单次扫描的熔道尺寸数据指熔道宽度和熔道深度，通过以下步骤获取：①根据所使用选区激光融化设备的激光功率默认值p和扫描速度默认值v，计算选区激光融化设备的默认线能量密度值p/v；

②在所使用选区激光融化设备的激光功率和扫描速度可调节范围内选择激光功率和扫描速度，所选择的激光功率P和扫描速度V应满足选区激光融化设备的激光线能量密度值P/V＝默认线能量密度值的1～1.2倍；

③以步骤②选择的激光功率、扫描速度及所使用选区激光融化设备的切片高度默认值和在所使用选区激光融化设备的扫描间距可调节范围内任选的扫描间距为熔道加工的工艺参数，以步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型为熔道加工模型，以钛合金粉末为原料，将上述工艺参数输入到选区激光融化设备中，进行激光单层曝光扫描加工，即得到激光单次扫描熔道；

④测量步骤③所得到的激光单次扫描熔道，即获取到对应于所选激光功率和扫描速度的熔道宽度和熔道深度；

(3)确定制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距，所述激光功率、扫描速度和切片高度与步骤(2)中熔道加工的激光功率、扫描速度和切片高度相同，所述扫描间距＝步骤(2)获取的熔道宽度+钛合金骨组织工程植入物要求的孔隙尺寸；

(4)加工微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物将步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型导入分层切片软件并设置切片高度，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率、扫描速度和扫描间距输入选区激光融化设备，以钛合金粉末为原料进行加工，即得到满足要求的孔隙大小≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸两倍的微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物产品。

2.根据权利要求1所述SLM制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其特征在于步骤(4)中的钛合金粉末的平均粒径应小于所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸。

3.SLM制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其特征在于所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍，所述孔隙最小尺寸是指孔隙轮廓之间的最短距离，步骤如下：(1)创建骨组织工程植入物模型

根据所需要的微米级随机孔结构骨组织工程植入物的外部形状和尺寸，采用建模软件创建生成所述外部形状和尺寸的实心模型；

(2)确定制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距，所述扫描间距为所使用选区激光融化设备的扫描间距默认值，所述激光功率、扫描速度和切片高度三个工艺参数中至少一个不为所使用选区激光融化设备的默认值，但不为默认值的激光功率、扫描速度应在该设备所允许的调节范围内选取，不为默认值的切片高度应在所使用的分层切片软件允许的调节范围内选取，同时所确定的工艺参数激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距值应满足选区激光融化设备体积能量密度值3

P/(VHD)＝5～30W·s/mm，式中，P为激光功率，V为扫描速度，H为切片高度，D为扫描间距；

(3)加工微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物将步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型导入分层切片软件并设置切片高度，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率、扫描速度和扫描间距输入选区激光融化设备，以钛合金粉末为原料进行加工，即得到满足要求的孔隙最小尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸两倍的微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物产品。

4.根据权利要求3所述SLM制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其特征在于步骤(2)所确定的切片高度应小于或等于所使用选区激光融化设备的切片高度默认值的2倍。

5.根据权利要求3或4所述SLM制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其特征在于步骤(3)中钛合金粉末的平均粒径应小于所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸。

说明书

SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的

方法

技术领域

[0001] 本发明属于骨组织工程植入物制备技术领域，特别涉及SLM(Selective laser melting)制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法。

背景技术

[0002] 随着骨组织修复与重建技术的不断发展，越来越多的医用金属材料因其优异的力学性能而被广泛应用。医用金属材料通常用于承力部位的骨组织修复，但由于其较高的弹
性模量引起的“应力遮蔽”现象，往往将其设计成多孔结构。目前，多孔结构能够提高植入材
料的生物相容性已得到大家的肯定。一方面多孔结构可以为骨细胞的黏附、迁移和增殖提
供必要的生存空间，另一方面还可以为细胞的繁殖、代谢提供营养与代谢产物的传输通道。
所以，多孔骨组织工程植入物在骨组织修复与重建中具有重要的地位。

[0003] 选区激光熔化技术(Selective laser melting，SLM)作为一种先进的金属制造成型技术，在制备多孔骨组织工程植入物方面具有无可比拟的优势，因此，是制造多孔骨组织
工程植入物通常使用的方法。采用SLM制造多孔骨组织工程植入物的现有方法是：根据多孔
骨组织工程植入物所要求的孔形态、尺寸和分布模式，采用建模软件创建生成多孔模型；以
选区激光融化设备的激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距默认值作为加工工艺参数，
将所创建的骨组织工程植入物多孔模型导入分层切片软件并设置切片高度，得到加工路径
数据并导入选区激光融化设备，将激光功率、扫描速度和扫描间距默认值输入选区激光融
化设备，然后进行加工。然而，现有选区激光融化设备的激光光斑一般在100～400μm，部分
选区激光融化设备的激光光斑可以是几十微米，加工精度为±100μm，目前尚无法通过创建
的多孔模型直接加工出孔隙尺寸≤2倍激光光斑尺寸的规则孔和孔隙最小尺寸≤2倍激光
光斑尺寸的随机孔，所述孔隙最小尺寸是指孔隙轮廓之间的最短距离。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，以解决用现有选区激光融化设备无法通过多孔模型直接加工
出孔隙尺寸≤2倍激光光斑尺寸的规则孔和孔隙最小尺寸≤2倍激光光斑尺寸的随机孔的
问题。

[0005] 本发明的技术构思：采用建模软件创建生成实心模型，通过调节所用选区激光融化设备的激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距默认值，确定制造微米级拓扑多孔结构
钛合金骨组织工程植入物的激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距等工艺参数，然后将
所创建的实体模型导入分层切片软件并设置切片高度，得到加工路径数据并导入选区激光
融化设备，再将所确定的激光功率、扫描速度和扫描间距输入选区激光融化设备进行加工。

[0006] 本发明所述微米级拓扑多孔结构包括微米级规则孔和微米级随机孔，所述微米级规则孔排列规则、分布均匀，孔隙尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍；
所述微米级随机孔，呈离散化分布，孔径大小不一，孔隙最小尺寸≤所使用选区激光融化设
备的激光光斑尺寸的两倍，其中孔隙最小尺寸是指孔隙轮廓的最短距离。

[0007] 本发明所述SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，包括SLM制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法和SLM制造微米级随机孔结构
钛合金骨组织工程植入物的方法，它们属于一个总的发明构思。

[0008] 本发明所述SLM制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其制造的微米级规则孔孔隙尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍，步骤如下：

[0009] (1)创建骨组织工程植入物模型

[0010] 根据所需要的微米级规则孔结构骨组织工程植入物的外部形状和尺寸，采用建模软件创建生成所述外部形状和尺寸的实心模型；

[0011] (2)获取激光单次扫描熔道尺寸数据

[0012] 激光单次扫描的熔道尺寸数据指熔道宽度和熔道深度，通过以下步骤获取：

[0013] ①根据所使用选区激光融化设备的激光功率默认值p和扫描速度默认值v，计算选区激光融化设备的默认线能量密度值p/v；

[0014] ②在所使用选区激光融化设备的激光功率和扫描速度可调节范围内选择激光功率和扫描速度，所选择的激光功率P和扫描速度V应满足选区激光融化设备的激光线能量密
度值P/V＝默认线能量密度值的1～1.2倍；

[0015] ③以步骤②选择的激光功率、扫描速度及所使用选区激光融化设备的切片高度(铺粉厚度)默认值和在所使用选区激光融化设备的扫描间距可调节范围内任选的扫描间
距为熔道加工的工艺参数，以步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型为熔道加工模型，以钛
合金粉末为原料，将上述工艺参数输入到选区激光融化设备中，进行激光单层曝光扫描加
工，即得到激光单次扫描熔道；

[0016] ④测量步骤③所得到的激光单次扫描熔道，即获取到对应于所选激光功率和扫描速度的熔道宽度和熔道深度；

[0017] (3)确定制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数

[0018] 制造微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度(铺粉厚度)和扫描间距，所述激光功率、扫描速度和切片高度与步骤(2)中熔
道加工的激光功率、扫描速度和切片高度(铺粉厚度)相同，所述扫描间距＝步骤(2)获取的
熔道宽度+钛合金骨组织工程植入物要求的孔隙尺寸；

[0019] (4)加工微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物

[0020] 将步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型导入分层切片软件并设置切片高度(铺粉厚度)，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率、扫描速度和
扫描间距输入选区激光融化设备，以钛合金粉末为原料进行加工，即得到满足要求的孔隙
尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸两倍的微米级规则孔结构钛合金骨组织
工程植入物产品。

[0021] 上述方法中，并不是每一次加工规则孔都需要获取熔道尺寸。一旦获得了特定激光功率和扫描速度下的熔道尺寸，若不需改变该熔道尺寸，则只要在该激光功率和扫描速
度下进行后续步骤操作即可。

[0022] 上述方法中，步骤(4)中的钛合金粉末的平均粒径应小于所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸。

[0023] 本发明所述SLM制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法，其制造的微米级随机孔孔隙最小尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸的两倍，所述孔
隙最小尺寸是指孔隙轮廓之间的最短距离，步骤如下：

[0024] (1)创建骨组织工程植入物模型

[0025] 根据所需要的微米级随机孔结构骨组织工程植入物的外部形状和尺寸，采用建模软件创建生成所述外部形状和尺寸的实心模型；

[0026] (2)确定制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数

[0027] 制造微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度(铺粉厚度)和扫描间距，所述扫描间距为所使用选区激光融化设备的扫描间
距默认值，所述激光功率、扫描速度和切片高度(铺粉厚度)三个工艺参数中至少一个不为
所使用选区激光融化设备的默认值，但不为默认值的激光功率、扫描速度应在该设备所允
许的调节范围内选取，不为默认值的切片高度(铺粉厚度)应在所使用的分层切片软件允许
的调节范围内选取，同时所确定的工艺参数激光功率、扫描速度、切片高度(铺粉厚度)和扫
3
描间距值应满足选区激光融化设备体积能量密度值P/(VHD)＝5～30W·s/mm ，式中，P为激
光功率，V为扫描速度，H为切片高度(铺粉厚度)，D为扫描间距；

[0028] (3)加工微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物

[0029] 将步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型导入分层切片软件并设置切片高度(铺粉厚度)，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率、扫描速度和
扫描间距输入选区激光融化设备，以钛合金粉末为原料进行加工，即得到满足要求的孔隙
最小尺寸≤所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸两倍的微米级随机孔结构钛合金骨
组织工程植入物产品。

[0030] 上述方法中，切片高度(铺粉厚度)值的大小会影响相邻层之间的搭接状态，是侧面随机孔的来源，当切片高度(铺粉厚度)大于所使用的选区激光融化设备的切片高度(铺
粉厚度)默认值时，随着切片高度(铺粉厚度)值的增大，侧面搭接越来越疏松，随机孔结构
越明显，导致钛合金骨组织工程植入物整体致密度降低，力学性能降低。所以，步骤(2)所确
定的切片高度应小于或等于所使用选区激光融化设备的切片高度默认值的2倍。

[0031] 上述方法中，步骤(3)中钛合金粉末的平均粒径应小于所使用选区激光融化设备的激光光斑尺寸。

[0032] 本发明所述方法具有以下有益效果：

[0033] 1、本发明为SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物提供了一种与现有技术不同技术构思的新方法，拓宽了现有选区激光融化设备所制造孔隙的尺寸范围。

[0034] 2、由于本发明所述方法创建的是实心模型，而实心模型的创建比多孔模型的创建更为简单、省时，因而简化了SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的建模
操作，缩短了建模时间。

[0035] 3、使用本发明所述方法，可形成孔隙尺寸≤2倍激光光斑尺寸的规则孔和孔隙最小尺寸≤2倍激光光斑尺寸的随机孔，能更好地满足人们对微米级拓扑多孔结构钛合金骨
组织工程植入物的需求。

附图说明

[0036] 图1为实施例1、实施例2和实施例3制备的微米级规则孔结构钛合金骨组织工程植入物的扫描电镜(SEM)图，其中(a)为实施例1制备的产品，(b)为实施例2制备的产品，(c)为
实施例3所制备的产品；

[0037] 图2为实施例4、实施例5和实施例6制备的微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的扫描电镜(SEM)图，其中(a)为实施例4制备的产品，(b)为实施例5制备的产品，(c)为
实施例6所制备的产品；

[0038] 图3为实施例8、实施例9和实施例10制备的微米级随机孔结构钛合金骨组织工程植入物的扫描电镜(SEM)图，其中(a)为实施例8制备的产品，(b)为实施例9制备的产品，(c)
为实施例10所制备的产品。

具体实施方式

[0039] 下面通过实施例并结合附图对本发明所述SLM制造微米级拓扑多孔结构钛合金骨组织工程植入物的方法作进一步说明。

[0040] 下述实施例中，采用的选区激光融化设备为德国Concept Laser MLab cusing R金属3D打印机，激光器类型为光纤激光器，其激光光斑直径为50μm，设备功率可调节范围为
10～100W，扫描速度可调范围为10～7000mm/s，扫描间距可调范围为0.0014～13.6mm，其保
护气体为氮气；使用的原料粉末为Ti‑6Al‑4V球形粉末，粒径范围15～45um，设备默认Ti‑
6Al‑4V粉末打印工艺参数为：激光功率：95W；扫描速度：900mm/s；切片高度：0.05mm；扫描间
距：0.1mm。

[0041] 下述实施例中，使用的建模软件为Solidworks，使用的分层切片软件为Materialise Magics，切片高度的可调范围为0.0001～500mm。

[0042] 实施例1

[0043] 本实施例制造具有孔隙尺寸为20μm的规则孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，步骤如下：

[0044] (1)创建骨组织工程支架模型

[0045] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm实心立方体模型；

[0046] (2)获取激光单次扫描熔道尺寸数据

[0047] 激光单次扫描的熔道尺寸数据指熔道宽度和熔道深度，通过以下步骤获取：

[0048] ①根据所使用选区激光融化设备的激光功率默认值p和扫描速度默认值v，计算选区激光融化设备的默认线能量密度值p/v＝95/900＝0.106W·s/mm；

[0049] ②在所使用选区激光融化设备的激光功率和扫描速度可调节范围内选择激光功率和扫描速度，所选择的激光功率P为100W，扫描速度V为900mm/s，即所选用工艺的激光线
能量密度值P/V＝0.111W·s/mm，为默认线能量密度值的1.05倍；

[0050] ③确定的熔道加工工艺参数：激光功率P为100W、扫描速度V为900mm/s、切片高度为0.05mm、扫描间距为1mm，以步骤(1)创建的骨组织工程植入物模型为熔道加工模型，以
Ti‑6Al‑4V粉末为原料，将上述工艺参数输入到选区激光融化设备中，进行激光单层曝光扫
描加工，即得到激光单次扫描熔道；

[0051] ④测量步骤③所得到的激光单次扫描熔道，即获取到对应于激光功率100W和扫描速度900mm/s的熔道宽度为0.11mm，熔道深度为0.12mm；

[0052] (3)确定制造规则孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数

[0053] 制造规则孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距，所述激光功率、扫描速度和切片高度与步骤(2)中熔道加工的激光功
率、扫描速度和切片高度相同，所述扫描间距＝步骤(2)获取的熔道宽度0.11mm+Ti‑6Al‑4V
骨组织工程支架要求的孔隙尺寸20μm(0.02mm)＝0.13mm；

[0054] (4)加工规则孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架

[0055] 将步骤(1)创建的骨组织工程支架模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率100W、扫描速度
900mm/s和扫描间距0.13mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，即
得到表面大部分孔隙尺寸约为19μm的规则孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架产品，其扫
描电镜照片见图1中的(a)图。从图1中的(a)图可以看出，该骨组织工程支架表面孔分布均
匀，排列规则。

[0056] 实施例2

[0057] 本实施例制造具有孔隙尺寸为60μm的规则孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，步骤与实施例1完全相同。与实施例1不同之处是：步骤(3)中所确定的扫描间距＝0.11mm+
Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架要求的孔径60μm(0.06mm)＝0.17mm。

[0058] 本实施例所制造的规则孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，其规则孔孔隙尺寸约为65μm，扫描电镜照片见图1中的(b)图。从图1中的(b)图可以看出，该骨组织工程支架表面
孔分布均匀，排列规则。

[0059] 实施例3

[0060] 本实施例制造具有孔隙尺寸为100μm的规则孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，步骤与实施例1完全相同。与实施例1不同之处是：步骤(3)中所确定的扫描间距＝0.11mm+
Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架要求的孔径100μm(0.10mm)＝0.21mm。

[0061] 本实施例所制造的规则孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，其表面的规则孔大部分孔孔隙尺寸约为105μm，扫描电镜照片见图1中的(c)图。从图1中的(c)图可以看出，该骨
组织工程支架表面孔分布均匀，排列规则。

[0062] 实施例4

[0063] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤如下：

[0064] (1)创建骨组织工程植入物模型

[0065] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm实心立方体模型；

[0066] (2)确定制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数

[0067] 制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距；本实施例中，以所使用选区激光融化设备的扫描间距默认值0.1mm、切
片高度默认值0.05mm和扫描速度默认值900mm/s作为加工工艺参数，根据所使用选区激光
3
融化设备体积能量密度值P/(VHD)＝5～30W·s/mm ，在该设备的功率可调节范围10～100W
内选取激光功率为59W，即所选用工艺的体积能量密度值为59/(900×0.05×0.1)＝
3
13.11W·s/mm；

[0068] (3)加工随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架

[0069] 将步骤(1)创建的骨组织工程支架模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率59W、扫描速度
900mm/s和扫描间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，即得
到表面具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架产品，其扫描电镜照片见图2中的(a)
图。从图2中的(a)图可以看出，随机孔由粉末熔融、半熔、不熔三种状态组合而来，孔洞较
多，形状以条状沟壑间隙居多，大部分孔隙最小尺寸≤50μm。

[0070] 实施例5

[0071] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤与实施例4完全相同。与实施例4不同之处是：步骤(2)中，选
取的激光功率为41W，则所选用工艺的体积能量密度值为41/(900×0.05×0.1)＝9.11W·
3
s/mm 。即确定的加工工艺参数为：激光功率41W、扫描速度900mm/s、切片高度0.05mm、扫描
间距0.1mm。

[0072] 本实施例所制造的随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，扫描电镜照片见图2中的(b)图，从图2中的(b)图可以看出，与实施例4相比，熔道间断情况增加，孔洞数量更多，形
状更趋向于环形，大部分孔隙最小尺寸≤60μm。

[0073] 实施例6

[0074] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤与实施例4完全相同。与实施例4不同之处是：步骤(2)中，选
取的激光功率为37W，则所选用工艺的体积能量密度值为37/(900×0.05×0.1)＝8.22W·
3
s/mm 。即确定的加工工艺参数为：激光功率37W、扫描速度900mm/s、切片高度0.05mm、扫描
间距0.1mm。

[0075] 本实施例所制造的随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，扫描电镜照片见图2中的(c)图，从图2中的(c)图可以看出，与实施例4相比，熔道间断情况增加，孔洞数量更多，形
状更趋向于环形，大部分孔隙最小尺寸≤70μm。

[0076] 实施例7

[0077] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤如下：

[0078] (1)创建骨组织工程植入物模型

[0079] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm实心立方体模型；

[0080] (2)确定制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数

[0081] 制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距；本实施例中，以所使用选区激光融化设备的激光功率默认值95W、扫描
间距默认值0.1mm和切片高度默认值0.05mm作为加工工艺参数，根据所使用选区激光融化
3
设备体积能量密度值P/(VHD)＝5～30W·s/mm ，在该设备的扫描速度可调节范围10～
7000mm/s内选取扫描速度为2311mm/s，即所选用工艺的体积能量密度值为95/(2311×0.05
3
×0.1)＝8.22W·s/mm；

[0082] (3)加工随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架

[0083] 将步骤(1)创建的骨组织工程支架模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率95W、扫描速度
2311mm/s和扫描间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，即
得到表面具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架产品，该工程支架的形貌与实施例6
相似，熔道断断续续，孔洞数量较多，形状趋向于环形，大部分孔隙最小尺寸≤70μm。

[0084] 实施例8

[0085] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤如下：

[0086] (1)创建骨组织工程植入物模型

[0087] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm实心立方体模型；

[0088] (2)确定制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数

[0089] 制造随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架的工艺参数为激光功率、扫描速度、切片高度和扫描间距；本实施例中，以所使用选区激光融化设备的激光功率默认值95W、扫描
速度默认值900mm/s，扫描间距默认值0.1mm作为加工工艺参数，根据所使用选区激光融化
3
设备体积能量密度值P/(VHD)＝5～30W·s/mm ，在切片软件Materialise Magics可调节范
围内选取切片高度0.060mm，即所选用工艺的体积能量密度值为95/(900×0.06×0.1)＝
3
17.59W·s/mm；

[0090] (3)加工随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架

[0091] 将步骤(1)创建的骨组织工程支架模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.06mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率95W、扫描速度
900mm/s和扫描间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，即得
到表面具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架产品，其扫描电镜照片见图3中的(a)
图。从图中可看出得到的产品截面有少数孔存在，截面熔道搭接松散。

[0092] 实施例9

[0093] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤与实施例8完全相同。与实施例8不同之处是：步骤(2)中，选
取的切片高度为0.075mm，则所选用工艺的体积能量密度值为95/(900×0.075×0.1)＝
3
14.07W·s/mm 。即确定的加工工艺参数为：激光功率95W、扫描速度900mm/s、切片高度
0.075mm、扫描间距0.1mm。

[0094] 本实施例所制造的随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，扫描电镜照片见图3中的(b)图，从图3中的(b)图可以看出，相较于实施例8的截面，最终得到的产品截面存在的孔
的数量更多，表面更加粗糙，该截面熔道搭接更加松散。

[0095] 实施例10

[0096] 本实施例制造具有随机孔结构的Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，所述微米级随机孔的孔隙最小尺寸≤100μm，步骤与实施例8完全相同。与实施例8不同之处是：步骤(2)中，选
取的切片高度为0.100mm，则所选用工艺的体积能量密度值为95/(900×0.100×0.1)＝
3
10.56W·s/mm 。即确定的加工工艺参数为：激光功率95W、扫描速度900mm/s、切片高度
0.100mm、扫描间距0.1mm。

[0097] 本实施例所制造的随机孔结构Ti‑6Al‑4V骨组织工程支架，扫描电镜照片见图3中的(c)图，从图3中的(c)图可以看出，相较于实施例9的截面，最终得到的样品截面存在的孔
的数量更多，大小和位置均随机，表面更加粗糙，该截面熔道搭接更加松散。

[0098] 对比例1

[0099] 本对比例的步骤如下：

[0100] (1)创建模型

[0101] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm实心立方体模型；

[0102] (2)确定工艺参数

[0103] 以所使用选区激光融化设备的激光功率默认值95W、扫描间距默认值0.1mm、切片高度默认值0.05mm和扫描速度默认值900mm/s作为加工工艺参数；

[0104] (3)加工

[0105] 将步骤(1)创建的实体模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率95W、扫描速度900mm/s和扫描
间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，得到的产品表面光
整，通过光学显微镜观察发现，熔道搭接紧密，粉末熔融情况良好，很明显是通过冶金的形
式结合在一起，几乎完全致密，并未形成微米级拓扑多孔结构表面。

[0106] 对比例2

[0107] 本对比例的步骤如下：

[0108] (1)创建模型

[0109] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm正交多孔立方体，设计孔径大小为50μm；

[0110] (2)确定工艺参数

[0111] 以所使用选区激光融化设备的激光功率默认值95W、扫描间距默认值0.1mm、切片高度默认值0.05mm和扫描速度默认值900mm/s作为加工工艺参数；

[0112] (3)加工

[0113] 将步骤(1)创建的实体模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率95W、扫描速度900mm/s和扫描
间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，得到的产品表面无
明显孔隙，与对比例1得到的产品基本相同。

[0114] 对比例3

[0115] 本对比例的步骤如下：

[0116] (1)创建模型

[0117] 采用建模软件创建生成5mm×5mm×2mm正交多孔立方体，设计孔径大小为100μm；

[0118] (2)确定工艺参数

[0119] 以所使用选区激光融化设备的激光功率默认值95W、扫描间距默认值0.1mm、切片高度默认值0.05mm和扫描速度默认值900mm/s作为加工工艺参数；

[0120] (3)加工

[0121] 将步骤(1)创建的实体模型导入分层切片软件并设置切片高度为0.05mm，得到加工路径数据并导入选区激光融化设备，将已确定的激光功率95W、扫描速度900mm/s和扫描
间距0.1mm输入选区激光融化设备，以Ti‑6Al‑4V粉末为原料进行加工，得到的产品表面有
极少的孔隙存在，且孔隙排列随机，未形成设计的正交多孔结构，孔隙尺寸远小于设计孔隙
尺寸。