基于激光粉末床熔融的钛悬垂薄壁表面粗糙度与尺寸精度研究

Laser Powder Bed Fusion 为以更高精度和效率实现植入物等定制化产品提供了极具前景的解决方案。超过 10% 的用于关节置换的钛植入物由于力学设计不相容和表面匹配不当而导致骨质破坏。克服这些问题的策略包括开发特定的表面特征（如悬垂壁），以增强骨-植入物界面。由于在去除支撑过程中存在破坏薄壁特征完整性的风险，此类特征通常需要无支撑制造。因此，制造具有合适拓扑结构和精度的钛悬垂薄壁（植入物中的此类关键要素）需要掌握正确的策略和工艺参数。然而，在这些结构的 Laser Powder Bed Fusion 生产和表面表征方面仍存在关键空白。本研究的目的是评估使用该增材制造技术生产无支撑倾斜薄壁的可行性，并评估相关的表面质量和拓扑结构。在此，成功制造了角度与参考值（30°、45°、60°、75° 和 90°）高度匹配的悬垂薄壁。评估了上表面（upskin）和下表面（downskin）薄壁的尺寸精度和粗糙度。所有组观察到的厚度均高于设计版本，特别是 30° 悬垂角时厚度显著增加，且在上表面和下表面均表现出最高的粗糙度。尽管厚度较大，45° 和 60° 的悬垂角仍获得了最低的粗糙度值。• 测量角度与预期值高度吻合。• 获得的实际总厚度高于 CAD（200 μm），介于 430 至 526 μm 之间。• 粉末团聚取决于倾斜度，且在上表面和下表面呈现相反趋势。• 与下表面相比，所有上表面的表面粗糙度值均较低。• 30° 时表面粗糙度最高（Sa = 25 μm）；45° 和 60° 时最低（Sa = 15 μm）。