Az additív módon gyártott fémrácsok mechanikai tulajdonságait évek óta számos kutató vizsgálja, a korai tanulmányok nagy eltéréseket mutattak a tervezett és a tényleges mechanikai tulajdonságok között. Az elmúlt 10 évben ez a helyzet jelentősen javult a befolyásoló tényezők jobb megértésével és a fém additív gyártási technológia nagymértékű fejlődésével. A cellaszerkezetek rugalmassági modulusát és szilárdságát leginkább a tervezési paraméterek befolyásolják, azaz egy nagyobb tervezett porozitású rácsnak alacsonyabb a folyáshatára és a rugalmassági modulusa. A porozitás növekedésével azonban a jellemző elemek mérete egyre közelebb kerül a tipikus fémadalékos gyártási technológiák gyártási korlátaihoz, ami viszonylag nagy eltéréseket eredményez a tényleges rácsgeometria és a tervezett geometria között. Ez magában foglalja a vastagabb és vékonyabb szálakat és a szabálytalan felületi viszonyokat, amelyek az orientációtól függően változnak (pl. a vízszintes szálak vastagabbak és a lefelé néző felületek a legdurvábbak).

3. ábra: A tényleges rácsgeometriák véges elemes modellezése, amely a legnagyobb Von Mises-feszültség helyét mutatja a durva felület hatékony bevágásaiban

Ezek a tervezett geometriától való eltérések befolyásolják a mechanikai tulajdonságokat. Más tényezők is fontosak, mint például a gyártási folyamat hibáiból adódó váratlan porozitás a merevítők belsejében, a magas hőmérsékleti gradiensekből adódó maradó feszültségek, valamint a gyártás során a gyors megszilárdulás és az ismételt hőciklusok miatt kialakuló egyedi mikroszerkezetek. Mindezeket ma már jól értjük, és az additív gyártási folyamatok optimalizálhatók a cellaszerkezetek jó mechanikai tulajdonságainak elérése érdekében a tervezési paraméterek széles tartományában, de a fáradási teljesítmény nem garantált, és még nem is értjük annyira jól.

Ez az áttekintés azt mutatta, hogy a különböző tanulmányokban nagyon eltérő fáradási teljesítményt találtak, és azonosítottak néhány kulcsfontosságú befolyásoló tényezőt: a fúziós porozitás hiánya, az érdes felületek és a túl vékony jellemzőkkel rendelkező kialakítások a fáradási teljesítmény nyilvánvaló “gyilkosai”. A merevítőrács-alapú rácsoknál a csomópontok vagy a merevítőrácsok közötti csomópontok gyakran a fáradásos meghibásodás helyszínei, ami azt jelzi, hogy a vastagabb csomópontok vagy a filézett csomópontok előnyösek lehetnek a fáradási teljesítmény szempontjából. Azt is megállapították, hogy egyes fémötvözetek fáradási teljesítménye magasabb, és hogy a megfelelő hőkezelés vagy forró izosztatikus préselés (HIP) jelentősen javítja a tipikus orvosi minőségű fémek fáradási teljesítményét. Az is kiderült, hogy egyes architektúrák magasabb fáradási teljesítményt érnek el.

A végső cél a megfelelő fáradásállóságú celluláris anyagok tervezése és gyártása, valamint a biztonságos élettartam megbízható előrejelzésének képessége, ami az orvosi implantátumokban való sikeres alkalmazásukhoz vezet. A fáradási teljesítmény teljes megértése lehetővé teszi a tervezési, gyártási és minőség-ellenőrzési folyamatok optimalizálását, a potenciális problémák mérséklését, valamint a biztonságos, megbízható és hosszú élettartamú implantátumok lehetővé tételét.

4. ábra: A normalizált fáradási szilárdság összehasonlítása különböző rácsarchitektúrák és anyagok esetén, a következő adatokból

Fémrácsok orvosi implantátumokhoz: Fáradási teljesítmény optimalizálása 1.

 

 

 

 

Share via
Copy link
Powered by Social Snap