研究背景：

骨缺损修复是临床医学的重要挑战。传统致密金属植入体存在应力遮挡、弹

性模量不匹配及缺乏骨长入空间等问题。基于激光粉末床熔融（LPBF）技术制

备的多孔骨支架，通过调控孔隙结构可有效匹配骨组织力学性能并促进骨整合。

然而，面对复杂的成形参数，如何精确调控支架的表面粗糙度、残余应力、界面

结合强度及耐腐蚀性能，以实现最佳的植入稳定性，仍是目前亟待解决的关键科

学问题。

文章概述：

山东建筑大学徐淑波教授与汤爱君副教授课题组，通过有限元数值模拟与实

验验证结合的系统性方法，深入探究了LPBF工艺参数对316L多孔骨支架（DCC

与ODC结构）性能的影响机制。研究采用正交试验设计了9组能量密度梯度

(55.56–101.19J/mm³)，系统解析了工艺参数对残余应力演变、表面粗糙度、微

观组织、界面剪切强度及电化学腐蚀性能的控制规律，最终确定了能实现综合性

能最优的“能量密度窗口”。相关成果发表在Advanced Engineering Materials。

图文导读：

图1.LPBF成形过程示意图

图2.不同工艺参数下多孔支架制造过程中瞬时残余应力变化的仿真结果：(a)DCC,(b)ODC;(e)DCC支架#1的最终残余应力云图，(f)ODC支架#1的最终残余应力云图;不同工艺参数下多孔支架残余应力的有限元模拟值与实验值：(c)DCC,(d)ODC;1号支架的最终变形云图：(g)DCC,(h)ODC

图3.316L多孔骨支架的制备、结构、力学及耐腐蚀性能综合概览 (a)(b)：原料粉末的表征（形貌与粒径分布）；(c)(d)：两种多孔支架的结构设计（DCC与ODC）(e)(f)：不同工艺参数下支架的界面剪切强度分析；(g)(h)：不同能量密度下的电化学腐蚀性能测

图4.熔池形貌及EBSD织构分析综合图 (a)E=69.44J/mm³，(b)E=70.37J/mm³，(c)E=78.70J/mm³，(d)E=62.96J/mm³，(e)E=101.19J/mm³,

(f)EBSD图谱;(g)晶界;(h)极图;(i)反极图;(j)晶粒尺寸

结论：

团队提出了一种基于激光粉末床熔融（LPBF）工艺参数的调控策略，用于系统优化316L多孔骨支架的表面特性、界面结合强度及长期耐腐蚀性能。不同于传统的单因素实验优化方法，该研究通过正交实验与有限元模拟相结合的手段，揭示了能量密度对支架残余应力、表面粗糙度及界面剪切强度的主导作用机制。当能量密度控制在78.70J/mm3时，可使支架的界面剪切强度（DCC结构19.7MPa/ODC结构21.6MPa）最接近天然皮质骨植入物水平，同时表现出最小的腐蚀电流密度和优异的电化学稳定性。研究成果对于探索新型高性能骨修复植入体的工艺参数优化及生物力学适配性设计具有重要的参考和借鉴意义。

该研究得到了山东省重点研发计划（项目号：2024TSGC00907）的资助。

论文信息:

Influence of Laser Powder Bed Fusion Parameters on Surface Characteristics and Mechanical Properties of 316L Porous Bone Scaffolds

Shubo Xu, Yanrui Wang, Tianhua Li, Xinyi Zhang, Ying Zhao, Yuefei Pan, Jianing Li, Aijun Tang

Advanced Engineering Materials

DOI:10.1002/adem.202502065

原文链接：https://doi.org/10.1002/adem.202502065

期刊简介

Advanced Engineering Materials专注于工程材料的所有最新突破。该杂志涵盖了各种关键主题，例如复合材料、陶瓷、金属间化合物和涂层，以及高温、细胞和生物医学材料，以及创新的制造技术。