Investigation of Mechanical Behavior of Scaffolding Structures Produced Using CoCr Alloy by Selective Laser Melting Method
DOI:
https://doi.org/10.46291/ICONTECHvol6iss2pp18-26Anahtar Kelimeler:
Gözenekli yapı- Mekanik Test- Ansys AnalizÖzet
Vücuttaki kullanım yerlerine bağlı olarak implant üretiminde kullanılan malzeme türü değişmektedir. CoCr alaşımı yüksek dayanım, aşınma ve korozyon direnci gibi avantajlarından dolayı kalça implantlarında oldukça sık kullanılmaktadır. Gelişen eklemeli imalat teknolojisi sayesinde farklı yoğunluklara sahip gözenekli kalça implantları üretilebilmektedir. Üretilen gözenekli kalça implantları daha düşük elastisite modülüne sahip olduğundan kemik ve implant arasında oluşan gerilmeler azaltılabilmektedir ve böylelikle implant üzerinde meydana gelen gevşeme, kırılma, deformasyon gibi problemler ortadan kaldırılabilmektedir. Tasarlanan iskelelerin, yeni oluşturulan hücrelerin iç mimarisini desteklemesi gerekir. Bu nedenle vücutta kullanılan iskele yapılar kemiğin mekanik dayanımını korumak zorundadır. Bir kemik iskelesinin elastik modül, basınç ve gerilme dayanımı, maksimum gerilme ve bükülme modülü gibi mekanik özellikleri kemiklerin ve sert bağ dokularının yerine başarıyla geçebilecek şekilde olmalıdır ve hastanın kullanımında ya da düzenli faaliyetleri sırasında çökmemelidir. Bu yüzden yapılan bu çalışmada farklı birim hücre modelleri kullanılarak, hücre yoğunluğu ve şekil geometrisi belirlenip basma testine tabi tutulmuştur. Yapılan testler sonucunda iskeleler boyunca deformasyonun nasıl dağıldığı araştırılmış, değişen hücre modellerinin sonuçları karşılaştırılmıştır. Mekanik testler sonucunda iskele yapılarda farklı porozite oranları ve birim hücreler kullanıldığı için modeller birbirinden farklı mekanik özellikler göstermiştir. İskele modellerde maksimum gerilme Body Diagonalw With Nodes modelinde 247,58 MPa olarak ölçülürken, Dode Thick modelinde 240.7 MPa, Dode Thin modelinde 227.19 MPa olarak ölçülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Gözenekli yapı, Mekanik Test,Ansys Analiz
Referanslar
M. Zhu, G. Xu, M. Zhou, Q. Yuan, J. Tian, and H. Hu, “Effects of tempering on the microstructure and properties of a high strength bainite rail steel with good toughness,” Metals, vol. 8, no. 7, p. 484, 2018.
E. Fiorese, F. Bonollo, and E. Battaglia, “A tool for predicting the effect of the plunger motion profile on the static properties of aluminium high pressure die cast components,” Metals, vol. 8, no. 10, p. 798, 2018.
G. Jeon, K. Kim, J.-H. Moon, C. Lee, W.-J. Kim, and S. Kim, “Effect of Al 6061 alloy compositions on mechanical properties of the automotive steering knuckle made by novel casting process,” Metals, vol. 8, no. 10, p. 857, 2018.
A. Deing, B. Luthringer, D. Laipple, T. Ebel, and R. Willumeit, “A porous TiAl6V4 implant material for medical application,” International journal of biomaterials, vol. 2014, Article ID
, 8 pages, 2014.
X. Geng, Y. Lu, C. Liu, W. Li, Z Yue, Int. J. Solids Struct. 2015, 21, 168.
Alsalla, H., Hao, L., & Smith, C. (2016). Fracture toughness and tensile strength of 316L stainless steel cellular lattice structures manufactured using the selective laser melting technique. Materials Science and Engineering: A, 669, 1-6.
Yan, C., Hao, L., Hussein, A., & Raymont, D. (2012). Evaluations of cellular lattice structures manufactured using selective laser melting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 62, 32-38.
Yan, C., Hao, L., Hussein, A., Bubb, S. L., Young, P., & Raymont, D. (2014). Evaluation of light-weight AlSi10Mg periodic cellular lattice structures fabricated via direct metal laser sintering. Journal of Materials Processing Technology, 214(4), 856-864.
Ma, S., Tang, Q., Feng, Q., Song, J., Han, X., & Guo, F. (2019). Mechanical behaviours and mass transport properties of bone-mimicking scaffolds consisted of gyroid structures manufactured using selective laser melting. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 93, 158-169.
Babaee, S., Jahromi, B. H., Ajdari, A., Nayeb-Hashemi, H., & Vaziri, A. (2012). Mechanical properties of open-cell rhombic dodecahedron cellular structures. Acta Materialia, 60(6-7), 2873-2885.
Xiao, L., Song, W., Wang, C., Liu, H., Tang, H., & Wang, J. (2015). Mechanical behavior of open-cell rhombic dodecahedron Ti–6Al–4V lattice structure. Materials Science and Engineering: A, 640, 375-384.
Xiao, L., Song, W., Wang, C., Tang, H., Liu, N., & Wang, J. (2016). Yield behavior of open-cell rhombic dodecahedron Ti–6Al–4V lattice at elevated temperatures. International Journal of Mechanical Sciences, 115, 310-317.
Xiao, L., Song, W., Wang, C., Tang, H., Fan, Q., Liu, N., & Wang, J. (2017). Mechanical properties of open-cell rhombic dodecahedron titanium alloy lattice structure manufactured using electron beam melting under dynamic loading. International Journal of Impact Engineering, 100, 75-89.
Li, X., Tan, Y. H., Willy, H. J., Wang, P., Lu, W., Cagirici, M., ... & Ding, J. (2019). Heterogeneously tempered martensitic high strength steel by selective laser melting and its micro-lattice: Processing, microstructure, superior performance and mechanisms. Materials & Design, 178, 107881.
Choy, S. Y., Sun, C. N., Leong, K. F., & Wei, J. (2017). Compressive properties of functionally graded lattice structures manufactured by selective laser melting. Materials & Design, 131, 112-120.
Lin, K., Gu, D., Hu, K., Yang, J., Wang, H., Yuan, L., ... & Meng, L. (2021). Laser powder bed fusion of bio-inspired honeycomb structures: Effect of twist angle on compressive behaviors. Thin-Walled Structures, 159, 107252.
Öztürk, B. (2020). 3 boyutlu yazıcı ile üretilen sandviç yapıların statik ve dinamik yük altında davranışlarının incelenmesi (Master's thesis, Bursa Teknik Üniversitesi).
İndir
Yayınlanmış
Nasıl Atıf Yapılır
Sayı
Bölüm
Lisans
Telif Hakkı (c) 2022 ICONTECH ULUSLARARASI DERGİSİ
Bu çalışma Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License ile lisanslanmıştır.
