Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2018/02/X/ST8/01228
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Mechaniczny (WM)
Tytuł
Anizotropia rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych stopów tytanu Ti6Al4V otrzymywanych za pomocą druku 3D
Streszczenie
Metody przyrostowe zaliczane do technologii szybkiego prototypowania pozwalają na stworzenie struktur porowatych, których właściwości mechaniczne (w szczególności stałe sprężystości) są zbliżone do biomechanicznych właściwości tkanki kostnej. Uzyskane w ten sposób struktury są uznawane za jedne z najbardziej atrakcyjnych biomateriałów przeznaczonych na implanty ortopedyczne. We współczesnej implantologii dużym powodzeniem cieszą się elementy endoprotez wykonane ze stopów tytanu Ti6Al4V. Bardzo popularną metodą wytwarzania jest selektywne stapianie laserowe (SLM). Ta technika addytywna umożliwia wyprodukowanie gotowego elementu o określonej porowatości, bez ograniczeń geometrycznych, oraz bez konieczności użycia obróbki wykańczającej. Parametry wytrzymałościowe oraz trwałość zmęczeniowa próbek ze stopu tytanu Ti6Al4V drukowanych metodą SLM, otrzymane w wyniku monotonicznej próby rozciągania oraz badań zmęczeniowych są rzadko publikowane. W większości odnoszą się do wartości parametrów otrzymanych w badaniach próbek wytworzonych innymi metodami, lub uwzględniając zmiany parametrów technologicznych procesu SLM. W przypadku testów rozciągania próbek ze stopu tytanu otrzymanych metodą SLM publikowane są głównie wyniki dotyczące np. struktur zbliżonych do materiału litego. Brakuje prac odnoszących się do właściwości wytrzymałościowych oraz trwałości zmęczeniowej stopów tytanu drukowanych technologią SLM o różnej strukturze, otrzymanych w wyniku monotonicznej próby rozciągania oraz badań zmęczeniowych zarówno nisko jak i wysokocyklowych. Zapewne problemem w tym przypadku mogą być rozmiary próbek, które są znacznie większe, niż w przypadku próbek przeznaczonych do prób ściskania, a co za tym idzie wyprodukowanie ich wiąże się z dużym nakładem finansowym. Pomimo dużego zainteresowania metodą selektywnego stapiania laserowego nadal jest to kosztowna metoda. Celem niniejszego działania było więc przeprowadzenie doświadczalnych badań prognozowania powstawania i rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych stopów tytanu Ti6Al4V o różnej porowatości. Planowane w działaniach badania doświadczalne, w tym obszerna obserwacja mikroskopowa oraz uzyskanie przestrzennych obrazów mikrostruktury stanowią podstawy fizyczne opracowanych zależności obliczeniowych. Badania doświadczalne zostały przeprowadzone na próbkach o strukturze diamentowej o porowatości 81,5%, 73%, 50% oraz 34%. Próbki poddano monotonicznej próbie rozciągania, w wyniku której określono właściwości mechaniczne (w tym stałe sprężystości) badanych struktur w zależności od stopnia zagęszczenia struktury. Pozwoliły też na opracowanie konfiguracji obciążenia zastosowanego podczas badań zmęczeniowych. Otrzymana charakterystyka zmęczeniowa stanowi więc podstawę do opracowania modelu kumulacji i rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych porowatych stopów tytanu Ti6Al4V wytwarzanych metodą SLM. Przeprowadzone badania mikroskopowe uzyskanych przełomów próbek pozwoliły na fizyczną identyfikację mechanizmów rozwoju uszkodzeń i pękania. Dodatkowo uzyskano przestrzenne obrazy mikrostruktury za pomocą mikrotomografu, dzięki czemu określono wpływ anizotropii analizowanych struktur na właściwości wytrzymałościowe. Określono również poprawność przeprowadzenia procesu technologicznego zwłaszcza pod kątem doboru parametrów druku mających istotny wpływ na powstawanie defektów mikrostruktury. Wyniki przeprowadzonych badań pozwolą na istotne uzupełnienie dotychczasowej wiedzy z zakresu podstaw fizycznych procesu inicjacji i rozwoju uszkodzeń w strukturach porowatych otrzymywanych za pomocą metody Selektywnego Stapiania Laserowego. Wyniki te mogą być także wykorzystywane do opracowania i weryfikacji modeli obliczeniowych także przez innych naukowców. Zrozumienie zjawisk zachodzących w analizowanym materiale jest podstawą obliczeń wytrzymałości i niezawodności konstrukcji na etapie jej projektowania oraz zapewnienia właściwej i bezpiecznej eksploatacji, zwłaszcza w przypadku kontaktu z żywym organizmem. W przypadku kierownika projektu dr inż. Anny Falkowskiej, pracownika Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej realizacja założonych zadań znacznie przyczyni się do jego rozwoju naukowego i uzyskania stopnia doktora habilitowanego.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
druk 3D; porowatość; selektywne stapianie laserowe; stopy tytanu Ti6Al4V; struktura przestrzenna

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX