增材制造生物鎂合金材料、工藝、性能及應(yīng)用綜述
時(shí)間：2024-01-15 09:42 來源：JMACCMg 作者：admin 閱讀：次
鎂（Mg）及其合金具有良好的可降解性、生物相容性和力學(xué)相容性，近些年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了研究人員的廣泛關(guān)注。目前，Mg及鎂合金產(chǎn)品的加工通常采用鑄造、鍛造等傳統(tǒng)的熱加工方法。盡管傳統(tǒng)加工方式制造的鎂合金比強(qiáng)度很高，但其屈服強(qiáng)度較低，不足以承受大載荷，而且鑄造過程中容易產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。此外，其加工性能差，成形效率低，采用傳統(tǒng)制造方法難以生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的Mg基產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝相比，增材制造（AM）技術(shù)能有效簡化成型工藝，通過其獨(dú)特的設(shè)計(jì)能力賦予產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)和形狀，為骨齒科等領(lǐng)域生產(chǎn)理想的產(chǎn)品。因此，需要對原材料、制造工藝、性能和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)而透徹的了解，以促進(jìn)商業(yè)化增材制造-鎂產(chǎn)品的生產(chǎn)。
最近，香港城市大學(xué)Paul. K Chu教授、暨南大學(xué)于振濤教授和南方醫(yī)科大學(xué)符青云博士等人全面綜述了增材制造鎂基生物制品從原材料、制造工藝、性能到應(yīng)用的研究進(jìn)展，指出面臨的問題和挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展方向給出了具體建議。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2213956723001020
原材料制備方面：Mg基增材制造的原料主要是Mg粉或者M(jìn)g絲。Mg粉制備具有較高的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)企業(yè)相對較少。目前生物醫(yī)用Mg粉的主要產(chǎn)品包括純Mg和WE43，其最佳粒徑范圍在20 μm ~ 70 μm之間，主要采用氣體霧化法制備。該方法制備的顆粒具有純度高、氧化程度低、粉末粒度可控，以及球形度好、環(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)，但制備過程中需要?dú)鍤鈿夥盏谋Ｗo(hù)，且粉末中會(huì)存在一定含量的空心粉和衛(wèi)星粉。由于六方密排結(jié)構(gòu)，Mg在室溫下的塑性變形能力有限。因此，Mg絲的加工需要涉及較大的塑性變形，如熱擠壓、冷拔等。圖1是Mg絲加工過程中拉拔成形工藝示意圖。
最近，香港城市大學(xué)Paul. K Chu教授、暨南大學(xué)于振濤教授和南方醫(yī)科大學(xué)符青云博士等人全面綜述了增材制造鎂基生物制品從原材料、制造工藝、性能到應(yīng)用的研究進(jìn)展，指出面臨的問題和挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展方向給出了具體建議。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2213956723001020
原材料制備方面：Mg基增材制造的原料主要是Mg粉或者M(jìn)g絲。Mg粉制備具有較高的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)企業(yè)相對較少。目前生物醫(yī)用Mg粉的主要產(chǎn)品包括純Mg和WE43，其最佳粒徑范圍在20 μm ~ 70 μm之間，主要采用氣體霧化法制備。該方法制備的顆粒具有純度高、氧化程度低、粉末粒度可控，以及球形度好、環(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)，但制備過程中需要?dú)鍤鈿夥盏谋Ｗo(hù)，且粉末中會(huì)存在一定含量的空心粉和衛(wèi)星粉。由于六方密排結(jié)構(gòu)，Mg在室溫下的塑性變形能力有限。因此，Mg絲的加工需要涉及較大的塑性變形，如熱擠壓、冷拔等。圖1是Mg絲加工過程中拉拔成形工藝示意圖。
圖1 Mg合金絲拉拔過程示意圖:(a)拉拔模截面圖[40];(b)連續(xù)拉拔過程
Mg基增材制造技術(shù)方面：金屬材料的增材制造技術(shù)一直是增材制造領(lǐng)域中所公認(rèn)的最具有挑戰(zhàn)性和發(fā)展前景的前沿尖端方向之一，也是長時(shí)間以來的研究熱點(diǎn)。Mg基增材制造主流技術(shù)主要包括激光增材制造（LAM）、電子束增材制造（EBAM）、電弧增材制造（WAAM）和固相增材制造（SSAM），技術(shù)特點(diǎn)見表1。LAM是研究最廣泛的Mg合金產(chǎn)品制造技術(shù)之一，其優(yōu)點(diǎn)是精度高，強(qiáng)度令人滿意，但工作效率低、延展性有限且鎂粉活性高，易爆炸。EBAM的能量利用率高于LAM，高能電子束的快速加熱和冷卻效果可能會(huì)在印刷部件中產(chǎn)生固有缺陷。WAAM可以產(chǎn)生中等強(qiáng)度和可觀的延展性，但WAAM中殘余應(yīng)力所引起孔隙、開裂等缺陷尤為突出。SSAM過程中不存在金屬熔化現(xiàn)象，避免了熔化結(jié)晶凝固過程中的冶金缺陷，但存在加工周期長，且制備過程中易產(chǎn)生應(yīng)力積累和形變，影響打印件的精度和質(zhì)量等問題。圖2和3是是常用熔化極惰性氣體保護(hù)焊-WAAM和SSAM的工作原理示意圖。
表1 Mg基制品常用增材制造技術(shù)特點(diǎn)
圖2 GMAW-WAAM示意圖
圖3 三種不同SSAM工藝示意圖
(責(zé)任編輯：admin)
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