本发明涉及生物医用材料制备，具体地，涉及一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法及系统。
背景技术：
1、1.由创伤、疾病、发育畸形、翻修手术、肿瘤切除或骨髓炎等引起的，缺损长度超过缺损骨直径的2-2.5倍的大段骨缺损是骨科临床治疗的重大挑战之一。理想的骨支架必须具有足够的机械强度、耐腐蚀性和生物相容性，以满足其承载的作用；同时支架应具有相互连接的多孔网络，以传递营养物质并允许细胞迁移。在众多增材制造技术中，激光粉末床熔化技术(lpbf)具有结构设计自由度高、制备精度高、开发周期短、避免后续机械加工处理等优势，因此被广泛应用于骨组织工程支架的制备中。lpbf镁合金组织工程支架与自体或者异体骨移植支架相比，具有可人工制造、低成本、无免疫排斥反应的优点；与高分子支架相比，具有生物相容性良好、促成骨、机械强度高等优点，近年来受到了广泛的关注。然而，镁合金沸点低、蒸气压高，在3d打印过程中会出现严重的粉体蒸发和飞溅现象，同时由于镁的熔点低、热导率高和表面张力低，容易产生较大的熔池和热影响区，多孔支架表面和内部极容易粘附大量的未熔化粉体，形成粘粉缺陷；支架内部水平悬垂结构下方，激光使得粉体熔化后，熔体在重力和毛细管力的作用下，向下方粉体浸渗，导致大量粉体粘附在悬垂结构下表面形成挂渣缺陷。挂渣缺陷的形成过程如图2所示。
2、2.支架内部粘粉和挂渣会降低多孔支架的流通性、疲劳和腐蚀性能。当支架的孔径较小时，内表面的粘粉会阻碍外部抛光介质的进入，越往支架内部流动性越差。支架尺寸越大，内表面抛光难度越高，严重时，脱落的粉体颗粒与原来粘附的粉体发生机械互锁，导致内部孔洞完全堵塞，丧失支架三维联通性。另外，多孔支架植入人体后，需要承受周期性载荷。粘粉导致支架表面粗糙度显著增加，一方面促进表面疲劳裂纹萌生，另一方面增大了支架与腐蚀介质的接触面积，会大幅度加快支架的腐蚀，产生大量的氢气，进而形成植入部位的气肿现象。
3、3.为了提高表面光滑度，多孔支架常使用化学或电化学抛光等后处理工艺。由于镁合金在酸性抛光液中会产生大量氢气，严重抑制抛光液流动到支架内部，导致支架外部较为容易抛光到目标杆径，但内部却难以抛光到目标杆径，最终导致支架边缘的支杆较细、内部的支杆较粗。支架尺寸越大、孔径越小、结构的渗透性(流体在多孔介质中流动难易程度)越差，内外的杆径差异越明显。因此，对于lpbf镁合金多孔支架而言，急需一种能够有效降低支架内部粘粉和挂渣缺陷的成型方法，提高镁合金多孔支架的耐腐蚀性能和腐蚀疲劳性能。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法及系统。
2、根据本发明提供的一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，包括：
3、步骤s1：对多孔支架进行扫描，筛选出最致密的填充扫描参数；
4、所述扫描包括单道次轮廓扫描和单次填充扫描；
5、步骤s2：根据最致密的填充扫描参数，优化轮廓扫描策略；
6、步骤s3：获取对应的熔池尺寸，使用优化后的轮廓扫描策略调整光斑补偿值；
7、步骤s4：基于轮廓扫描策略及调整后的光斑补偿值制备镁合金组织工程支架。
8、优选的，所述步骤s1包括：
9、对多孔支架进行单次轮廓扫描和单次填充扫描，轮廓扫描参数和填充扫描参数一致，制备后将试样平行于制备方向切开，将截面抛光后获取其光学显微图像并分析其致密度；在致密度大于99.5％的参数组合中，选取0.05≤p/v≤0.5的参数，设为p填、v填；
10、其中，p为激光功率，v为扫描速度。
11、优选的，所述步骤s2包括：
12、选取填充扫描参数为p填、v填，设轮廓扫描参数为p轮、v轮、轮廓扫描次数为pt，计算轮廓参数：
13、
14、其中，轮廓线能量密度缩放系数z＝5～30，在轮廓补偿值的范围内，轮廓前扫描和轮廓后扫描能够多次扫描，扫描顺序包括从内圈轮廓扫描到外圈轮廓扫描，或从外圈轮廓扫描到内圈轮廓扫描；所述轮廓前扫描和轮廓后扫描能够选择不同的激光功率p、扫描速度v、轮廓扫描次数pt、轮廓线能量密度缩放系数z和轮廓补偿值pc；填充补偿值fc的设置范围为0≤fc≤pc。
15、优选的，所述步骤s3包括：
16、获取该结构与工艺参数下的熔池宽度，优化光斑补偿值；
17、设原始设计支架模型的壁厚/杆径为t0，采用优化后的轮廓扫描策略后的壁厚/杆径为t1，则光斑补偿值：
18、
19、其中，sz为光斑直径，r熔为对应p填/v填下的熔池宽度；通过调整光斑补偿值弥补多次轮廓扫描带来的尺寸增加。
20、优选的，所述步骤s1还包括在填充扫描前根据具体的支架结构以及下表面悬垂区长度设置一定能量密度的多次轮廓前扫描；在填充扫描后根据具体的支架的表面粉体粘附情况，设置一定能量密度的多次轮廓后扫描。
21、根据本发明提供的一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备系统，包括：
22、模块m1：对多孔支架进行扫描，筛选出最致密的填充扫描参数；
23、所述扫描包括单道次轮廓扫描和单次填充扫描；
24、模块m2：根据最致密的填充扫描参数，优化轮廓扫描策略；
25、模块m3：获取对应的熔池尺寸，使用优化后的轮廓扫描策略调整光斑补偿值；
26、模块m4：基于轮廓扫描策略及调整后的光斑补偿值制备镁合金组织工程支架。
27、优选的，所述模块m1包括：
28、对多孔支架进行单次轮廓扫描和单次填充扫描，轮廓扫描参数和填充扫描参数一致，制备后将试样平行于制备方向切开，将截面抛光后获取其光学显微图像并分析其致密度；在致密度大于99.5％的参数组合中，选取0.05≤p/v≤0.5的参数，设为p填、v填；
29、其中，p为激光功率，v为扫描速度。
30、优选的，所述模块m2包括：
31、选取填充扫描参数为p填、v填，设轮廓扫描参数为p轮、v轮、轮廓扫描次数为pt，计算轮廓参数：
32、
33、其中，轮廓线能量密度缩放系数z＝5～30，在轮廓补偿值的范围内，轮廓前扫描和轮廓后扫描能够多次扫描，扫描顺序包括从内圈轮廓扫描到外圈轮廓扫描，或从外圈轮廓扫描到内圈轮廓扫描；所述轮廓前扫描和轮廓后扫描能够选择不同的激光功率p、扫描速度v、轮廓扫描次数pt、轮廓线能量密度缩放系数z和轮廓补偿值pc；填充补偿值fc的设置范围为0≤fc≤pc。
34、优选的，所述模块m3包括：
35、获取该结构与工艺参数下的熔池宽度，优化光斑补偿值；
36、设原始设计支架模型的壁厚/杆径为t0，采用优化后的轮廓扫描策略后的壁厚/杆径为t1，则光斑补偿值：
37、
38、其中，sz为光斑直径，r熔为对应p填/v填下的熔池宽度；通过调整光斑补偿值弥补多次轮廓扫描带来的尺寸增加。
39、优选的，所述模块m1还包括在填充扫描前根据具体的支架结构以及下表面悬垂区长度设置一定能量密度的多次轮廓前扫描；在填充扫描后根据具体的支架的表面粉体粘附情况，设置一定能量密度的多次轮廓后扫描。
40、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
41、1、本发明能在制备过程中原位消除复杂多孔结构的内部严重影响内表面粗糙度和支架性能的粘粉和挂渣缺陷，提高了多孔支架的流通性、疲劳和耐腐蚀性能，简化繁琐后处理流程，降低了生产成本，实现了绿色生产的理念。
42、2、本发明大大拓宽了多孔支架可打印的最大尺寸、降低可打印最小壁厚/杆径、孔径，提高了结构设计的自由度，为具有小孔径的大段骨缺损用镁合金多孔支架的制备提供一种全新方法；同时，通过采用基于特定结构下的熔池大小的光斑补偿策略来调控壁厚/杆径，消除多次轮廓扫描的负面影响，避免与模型的尺寸偏差。
43、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
1.一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求2所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求3所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.根据权利要求2所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述步骤s1还包括在填充扫描前根据具体的支架结构以及下表面悬垂区长度设置一定能量密度的多次轮廓前扫描；在填充扫描后根据具体的支架的表面粉体粘附情况，设置一定能量密度的多次轮廓后扫描。
6.一种内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述模块m1包括：
8.根据权利要求7所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述模块m2包括：
9.根据权利要求8所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述模块m3包括：
10.根据权利要求7所述的内表面光滑的lpbf镁合金组织工程支架制备方法，其特征在于，所述模块m1还包括在填充扫描前根据具体的支架结构以及下表面悬垂区长度设置一定能量密度的多次轮廓前扫描；在填充扫描后根据具体的支架的表面粉体粘附情况，设置一定能量密度的多次轮廓后扫描。
