Anisotropic Mechanical and Microstructural Properties of a Ti-6Al-7Nb Alloy for Biomedical Applications Manufactured via Laser Powder Bed Fusion

材料科学 合金 各向异性 断口学 微观结构 各向同性 电子背散射衍射 钛合金 极限抗拉强度 工作(物理) 复合材料 机械工程 物理 量子力学 工程类
作者
Dennis Milaege,Niklas Eschemann,Kay‐Peter Hoyer,Mirko Schaper
出处
期刊:Crystals [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (2): 117-117 被引量:4
标识
DOI:10.3390/cryst14020117
摘要

Through tailoring the geometry and design of biomaterials, additive manufacturing is revolutionizing the production of metallic patient-specific implants, e.g., the Ti-6Al-7Nb alloy. Unfortunately, studies investigating this alloy showed that additively produced samples exhibit anisotropic microstructures. This anisotropy compromises the mechanical properties and complicates the loading state in the implant. Moreover, the minimum requirements as specified per designated standards such as ISO 5832-11 are not met. The remedy to this problem is performing a conventional heat treatment. As this route requires energy, infrastructure, labor, and expertise, which in turn mean time and money, many of the additive manufacturing benefits are negated. Thus, the goal of this work was to achieve better isotropy by applying only adapted additive manufacturing process parameters, specifically focusing on the build orientations. In this work, samples orientated in 90°, 45°, and 0° directions relative to the building platform were manufactured and tested. These tests included mechanical (tensile and fatigue tests) as well as microstructural analyses (SEM and EBSD). Subsequently, the results of these tests such as fractography were correlated with the acquired mechanical properties. These showed that 90°-aligned samples performed best under fatigue load and that all requirements specified by the standard regarding monotonic load were met.

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