Processamento, caracterização microestrutural e propriedades elásticas de metais celulares do sistema Ti-6Al-4V para fins de regeneração óssea

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

The growing demand for biomaterials has required of science great advances in the development of techniques that generate better quality of life for people in need of implants. In the case celular metals of titanium are an alternative for reducing the modulus of elasticity, approaching its rigidity to the bone tissue, as it provides a combination of low density, high rigidity and high energy absorption capacity. In this work made celular made cellular structures of Ti-6Al-4V alloy, processed by direct metal laser sitering (DMLS), which is an additive manufacturing techique that reproduces layer-to-layer 3D virtual prototypes in order to form the desired object, which makes use of laser energy to sintering powder particles of Ti-6Al-4V alloy. For construction of virtual models it was used the SolidWorks 3D CAD Desing software, with a group of sampls with square geometry pores, with size of 500, 650 and 750 um, and thickness cell walls always half the size of the pores, for obtaining porosity close to 60%. The samples were submited to heat treatment at 800ºC and slow cooling, being characterized by scanning electron microscopy (SEM), computed tomography, relative density, hardness and modulus of elasticity (stiffness). Both the alloy powder and sintered samples presented high roughness due to the presence of non-sintered powder particles. The SEM images presented differences between pore size and cell wall thickness. The images of computed tomography show micro failure on the cell walls. The experimental porosity values differ from the theoretical values, on average, 27% and relative density values above 0.30 were obtained for all samples. The hardness values for all cellular metals are superior to commercial alloy. The values of modulus of elasticity (siffness) suffered significant reductions (when compared with commercial alloy), with values varying between 9 and 22 GPa. According to results, the additive manufacturing showed effective...

A crescente demanda por biomateriais tem exigido da ciência grandes avanços no desenvolvimento de técnicas que geram melhor qualidade de vida às pessoas que necessitam de implantes. No caso de materiais ortopédicos, estes devem apresentar resistência mecânica adequada ao seu emprego. Peças fabricadas de metais celulares de titânio é uma alternativa para redução do módulo de elasticidade, aproximando sua rigidez à do tecido ósseo, pois fornece uma combinação de baixa densidade e grande capacidade de absorção de energia. Neste trabalho foram confeccionadas estruturas celulares da liga Ti-6Al-4V, processadas por sinterização a laser direta em metais (DMLS), que é uma técnica de manufatura aditiva que reproduz protótipos virtuais 3 D camada-a-camada de forma a constituir o objeto desejado, que faz uso da energia do laser para sintetizar partículas de pó da liga Ti-6A1-4V. Para construção dos modelos virtuais utilizou-se o software SolidWorks 3D CAD Design, com um grupo de amostras com poros de geometria quadrada e um outro grupo com geometria esférica, tamanho de poros distintos de 500, 650 e 750 um e espessura de paredes celulares sempre a metade do tamanho dos poros, para obtenção de porosidades próximas a 60%. As amostras foram submetidas a tratamento térmico a 800ºC e resfriamento lento, sendo caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), tomografia computadorizada, dureza, densidade relativa e módulo de elasticidade (rigidez). Tanto o pó da liga quanto as amostras sinterizadas apresentam estrutura martensítica. As paredes celulares apresentam elevada rugosidade à presença de partículas do pó não sinterizadas. As imagensde MEV apresentam divergências entre tamanho de poros e espessura de parede celular. As imagens de tomografia computadorizada mostram microtrincas nas paredes celulares. Os valores de porosidade experimental diferem os valores teóricos, em média, 2% e valores de...