Tytuł:

Analiza właściwości mechanicznych struktur przestrzennych wytwarzanych w technologiach przyrostowych z proszków stopu 316L : rozprawa doktorska

Tytuł odmienny:

Analysis of the mechanical properties of threedimensional structures produced using additive manufacturing from 316L alloy powders

Twórca:

Laskowska, Dorota

Współtwórca:

Bałasz, Błażej [Promotor] ; Mitura, Katarzyna [Promotor] ; Chlebus, Edward [Recenzja] ; Niedzielski, Piotr (budowa maszyn) [Recenzja] ; Robak, Grzegorz [Recenzja]

Temat:

wytwarzanie przyrostowe ; inżynieria biomedyczna ; selektywne stapianie laserowe ; binder jetting ; struktury porowate ; implamty metalowe ; właściwości mechaniczne ; biokompatybilność ; inżynieria i technika

Opis:

W początkowej fazie rozwoju wytwarzanie przyrostowe było narzędziem wspierającym produkcję masową oraz redukującym koszt lub czasochłonność etapu prototypowania. Obecnie dzięki możliwość precyzyjnego wytwarzania elementów o skomplikowanej geometrii, w jednym etapie, bez ograniczeń konwencjonalnych metod obróbki lub zdeterminowanych kształtów, elementy wytworzone przyrostowo znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach życia, w tym inżynierii biomedycznej. Jednym z problemów inżynierii biomedycznej, który może zostać rozwiązany dzięki zastosowaniu technik wytwarzania przyrostowego jest tzw. zjawisko ekranowania naprężeń (ang. stress shielding) występujące na styku tkanka kostna – implant metalowy w wyniku znacznych różnic właściwości mechanicznych obu materiałów. Zjawisko to znacząco wpływa na procesy osteointegracji i prowadzi do aseptycznego luzowania implantu. Niniejsza praca swoimi założeniami wpisuje się w obecny trend polegający na wytwarzaniu spersonalizowanych implantów o porowatej otwartokomórkowej strukturze i module sprężystości zbliżonym do zastępowanej kości. Mimo, iż tematyka ta jest szeroko opisywana w literaturze światowej nadal zauważyć można zagadnienia, które wymagają dalszych rozważań. Praca składa się z części teoretycznej (Rozdziały 2-3) i części eksperymentalnej (Rozdziały 4-6). Każdy rozdział części eksperymentalnej związany jest z jednym głównym problemem badawczym, którego rozwiązanie było celem niniejszej pracy. Rozdział 4 przedstawia wyniki analizy wybranych właściwości materiałowych i mechanicznych oraz cech powierzchni elementów wytworzonych ze stali nierdzewnej 316L z wykorzystaniem dwóch technologii wytwarzania przyrostowego: selektywnego stapiania laserowego i binder jetting. Przeprowadzone badania pozwoliły na poznanie mechanizmu powstawania defektów strukturalnych i powierzchniowych w danej technologii i ich wpływu na właściwości wytwarzanych elementów. Rozdział 5 dotyczy oceny możliwości zastosowania technologii SLM i binder jetting do wytwarzania struktur porowatych do zastosowań w inżynierii biomedycznej. W przeprowadzonych badaniach skupiono się głównie na zmienności właściwości mechanicznych struktur porowatych w zależności od ich geometrii przestrzennej, jak i technologii, w której zostały wytworzone. Istotne w ocenie okazały się również cechy powierzchni mające wpływ na ryzyko przeniknięcia cząstek metalu do organizmu. W obu przypadkach stwierdzono przewagę struktur wytworzonych w technologii binder jetting. Rozdział 6 przedstawia ocenę efektywności osadzania powłok DLC na elementach wytworzonych w wybranej technologii w celu modyfikacji ich właściwości korozyjnych. Dokonując wyboru technologii wzięto pod uwagę wnioski sformułowane po zakończeniu wcześniejszych etapów badań. W związku z tym podłoża zostały wytworzone w technologii binder jetting. Ze względu na ich skomplikowany kształt do osadzenia warstwy DLC zastosowano technologię chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą o częstotliwości radiowej. Przeprowadzone badania pokazały, że morfologia i chropowatość powierzchni były czynnikami mającymi największy wpływ na proces osadzania powłoki DLC. Grubość powłoki zależała od promienia krzywizny powierzchni. Uzyskane wyniki badań korozji elektrochemicznej pokazały, jak ważne dla dalszych prac nad modyfikacją powierzchni elementów i struktur porowatych wytwarzanych w technologiach AM są zagadnienia związane z wcześniejszym przygotowaniem powierzchni. Podsumowując, przeprowadzone w ramach niniejszej rozprawy doktorskiej badania i analizy potwierdziły wysoką przydatność elementów wytwarzanych przyrostowo do zastosowań biomedycznych ze względu na możliwość sterowania ich właściwościami mechanicznymi oraz cechami powierzchni

Miejsce wydania:

Koszalin

Wydawca:

[s.n.]

Data:

2023

Typ:

rozprawa doktorska

Język:

pol

Prawa:

Biblioteka Politechniki Koszalińskiej

Prawa dostępu:

intranet

Licencja:

własność autora - umowa licencyjna PK