椎间融合器是目前医疗骨科植入物需求量较大的一款产品,传统加工技术生产的产品刚度大、生物相容性效果不佳,且难以满足个性化产品的需求。国外研究及应用实践表明,多孔结构的设计和应用特别是仿生多孔结构,是降低产品刚度和提高生物相容性的有效途径。本文旨在利用SLM技术生产复杂形状的零部件的特性,开发具有无序排列多孔结构的椎间融合器,满足椎间融合器低刚度的要求,解决人体骨骼与钛合金椎间融合器刚度差异产生的应力遮挡问题,同时提高骨长入和骨融合效率。椎间融合器开发包括椎间融合器局部特征多孔结构单元设计、椎间融合器整体设计;制造工艺包括单道熔池试验(激光功率,扫描速度),扫描策略优化;试验检测包括:单道形貌分析,硬度、致密度测试,多孔结构缺陷,形貌检测分析,压缩、拉伸、剪切、扭转特性测试分析,椎间融合器缺陷、形貌检测分析,压缩特性测试分析。(1)椎间融合器局部特征多孔结构单元设计包括多孔单元类型、多孔单元结构尺寸、多孔单元排列方式(随机率)的设计。通过文献研究选定对孔单元的类型和多孔单元结构尺寸,运用3-matic软件参数化控制多孔单元排列方式,构建具有仿生形貌和孔径大小的多孔结构。实验检测结果表明:多孔结构特征完整,内部贯通,表面粗糙,具有骨骼微观结构的基本特征。(2)制造工艺优化结构表明:激光功率和扫描速度对单道熔道宽度、连续性和粘粉特性的影响呈梯形分布;优化扫描策略表明当扫描策略为策略4时,成型过程最为稳定、可靠。通过验证工艺参数成型试样的硬度、密度,结果表明当激光功率为170W,扫描速度为1150 mm/s,扫描策略为策略4时,成型试样的质量最高。(3)通过实验验证椎间融合器局部特征多孔结构实验力学性能表明:发现压缩刚度随着随机率的增加而增大,在0%和20%随机率下,压缩曲线呈现典型的多峰波动现象,压缩裂痕明显;其它随机率压缩裂痕模糊,不再是对角线断裂,而是模型四周边界孔结构与内部脱离。对拉伸、剪切、扭转模型进行相应测试发现残余孔结构保留在成型件的上部,认为SLM成型过程中传热影响了孔结构与成型件结合处材料的晶粒,改善了其力学性能。(4)优化选择了20%随机率用于椎间融合器整体设计,构建带齿和不带齿两款椎间融合器设计方案,对其成型效果和机械性能进行分析,表明整体和局部结构特征完整,没有明显的缺陷,带齿椎间融合器压缩刚度平均值为32482.32MPa,不带齿椎间融合器压缩刚度平均值为26106.15MPa。