多孔表面结构对立体光固化成型氧化锆疲劳强度的影响

摘要

目的：研究多孔表面结构对立体光固化成型氧化锆疲劳强度的影响，为3D打印氧化锆种植体表面优化设计提供参考。方法：通过立体光固化成型技术制备氧化锆试件，根据表面结构分为无孔组、200μm孔组、400μm孔组。通过三维激光形貌显微镜及扫描电镜观察其表面微观形貌，测定表面粗糙度、孔隙参数、晶粒尺寸。通过三点弯曲试验检测试件弯曲强度，并进行Weibull分析；通过疲劳试验检测试件的疲劳强度，扫描电镜观察断口，采用X射线衍射仪对疲劳试验前后的试件进行晶相分析，分析疲劳机制。结果：立体光固化成型无孔组、200μm孔组及400μm孔组试件表面孔间粗糙度分别为(0.79±0.09)μm、(0.81±0.16)μm、(0.81±0.09)μm,组间差异无统计学意义；表面晶粒尺寸分别为(324.11±21.38) nm、(308.06±11.34) nm、(311.62±15.02) nm,组间差异无统计学意义。三点弯曲试验结果显示，无孔组三点弯曲强度[(1 030.70±111.71) MPa]显著高于两组多孔组(P<0.001), 200μm孔组[(272.04±61.16) MPa]显著高于400μm孔组[(201.21±25.58) MPa],P<0.01。疲劳试验结果显示，无孔组疲劳强度[(702.29±21.62) MPa]显著高于两组多孔组(P<0.001), 200μm孔组[(159.57±9.30) MPa]显著高于400μm孔组[(125.36±6.11) MPa],P<0.001。断口分析结果显示，疲劳裂纹源主要为材料内部缺陷、气孔、夹杂及打印层结合处等。疲劳试验前后各组试件之间相比，氧化锆单斜相含量差异均无统计学意义。结论：表面多孔微观结构会显著降低立体光固化成型氧化锆试件的疲劳强度，且孔径增大可造成疲劳强度下降；未来应着重改进3D打印氧化锆的材料及打印工艺，进一步优化表面结构设计，以提升3D打印氧化锆的力学性能。

关键词

氧化锆 / 多孔 / 3D打印 / 疲劳强度