COMPARISON BETWEEN MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE OF ALLOY TI-6AL4V, COLD WORK VERSUS PROTOTIPES BY DIRECT METAL LASER SINTERING

The present work aims to study the microstructure and mechanical properties of titanium alloys, widely used in the manufacture of orthopedic implants in order to compare a new manufacturing technology of implants, rapid prototyping in metals with conventional manufacturing processes. Rapid prototyping is being used in many areas of human knowledge to assist in the study and often in the manufacture of components for their own use. Nowadays with the advancement of software and equipment such as computed tomography and magnetic resonance imaging, we can reproduce any part of the human body in three-dimensional images with great perfection and it is used in the reproduction of implants, scaffolds, material aid and preparation in surgery. This work aims to do: A comparison between the microstructure of the alloy in the two manufacturing processes (prototyping and conventional), showing the grain size, the nature, form, quantity, and distribution of various ingredients or certain inclusions and study of mechanical properties of titanium in both cases.

Desenvolvimento, comportamento mecânico e microestrutural de uma prótese mandibular em liga de titânio produzida por sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

The microstructure and mechanical properties of ball-milled stainless steel powder: The effect of hot-pressing vs. laser sintering

The microstructure and mechanical properties of sintered stainless steel powder, of composition AISI 420, have been measured. Ball-milled powder comprising nanoscale grains was sintered to bulk specimens by two alternative routes: hot-pressing and microlaser sintering. The laser-sintered alloy has a porosity of 6% and comprises a mixture of delta ferrite and tempered martensite, and the relative volume fraction varies along the axis of the specimen due to a thermal cycle that evolves with progressive deposition. In contrast, the hot-pressed alloy has a porosity of 0.7% and exhibits a martensitic lath structure with carbide particles at the boundaries of the prior austenite grains. These differences in microstructure lead to significant differences in mechanical properties. For example, the uniaxial tensile strength of the hot-pressed material is one-half of its compressive strength, due to void initiation at the carbide particles at the prior austenite grain boundaries. Nanoindentation measurements reveal a size effect in hardness and also reveal the sensitivity of hardness to the presence of mechanical polishing and electropolishing. © 2011 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Reparo ósseo em scaffolds de TI6AL4V sinterizados pela tecnologia de sinterização direta de metais a laser (DMLS) submetidos a tratamento de superfície associado à aplicação de ultrassom de baixa intensidade (LIPUS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

New lightweight optimization method applied in parts made by selective laser sintering and polyjet technologies

[EN]The continuous evolution of materials and technologies of Additive Manufacturing (AM) has led to a competitive production process even for functional parts. The capabilities of these technologies for manufacturing complex geometries allow the definition of new designs that cannot be obtained with any other manufacturing processes. An application where this capability can be exploited is the lightening of parts using internal structures. This allows to obtain more efficient parts and, at the same time, reduce the costs of material and manufacturing time. A new lightweight optimization method to optimize the design of these structures and minimize weight while keeping the minimal mechanical properties is presented in this paper.

Prediction of PA12 melt viscosity in Laser Sintering by a Time and Temperature dependent rheological model

Ein auf Basis von Prozessdaten kalibriertes Viskositätsmodell wird vorgeschlagen und zur Vorhersage der Viskosität einer Polyamid 12 (PA12) Kunststoffschmelze als Funktion von Zeit, Temperatur und Schergeschwindigkeit angewandt. Im ersten Schritt wurde das Viskositätsmodell aus experimentellen Daten abgeleitet. Es beruht hauptsächlich auf dem drei-parametrigen Ansatz von Carreau, wobei zwei zusätzliche Verschiebungsfaktoren eingesetzt werden. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität wird mithilfe des Verschiebungsfaktors aT von Arrhenius berücksichtigt. Ein weiterer Verschiebungsfaktor aSC (Structural Change) wird eingeführt, der die Strukturänderung von PA12 als Folge der Prozessbedingungen beim Lasersintern beschreibt. Beobachtet wurde die Strukturänderung in Form einer signifikanten Viskositätserhöhung. Es wurde geschlussfolgert, dass diese Viskositätserhöhung auf einen Molmassenaufbau zurückzuführen ist und als Nachkondensation verstanden werden kann. Abhängig von den Zeit- und Temperaturbedingungen wurde festgestellt, dass die Viskosität als Folge des Molmassenaufbaus exponentiell gegen eine irreversible Grenze strebt. Die Geschwindigkeit dieser Nachkondensation ist zeit- und temperaturabhängig. Es wird angenommen, dass die Pulverbetttemperatur einen Molmassenaufbau verursacht und es damit zur Kettenverlängerung kommt. Dieser fortschreitende Prozess der zunehmenden Kettenlängen setzt molekulare Beweglichkeit herab und unterbindet die weitere Nachkondensation. Der Verschiebungsfaktor aSC drückt diese physikalisch-chemische Modellvorstellung aus und beinhaltet zwei zusätzliche Parameter. Der Parameter aSC,UL entspricht der oberen Viskositätsgrenze, wohingegen k0 die Strukturänderungsrate angibt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass es folglich nützlich ist zwischen einer Fließaktivierungsenergie und einer Strukturänderungsaktivierungsenergie für die Berechnung von aT und aSC zu unterscheiden. Die Optimierung der Modellparameter erfolgte mithilfe eines genetischen Algorithmus. Zwischen berechneten und gemessenen Viskositäten wurde eine gute Übereinstimmung gefunden, so dass das Viskositätsmodell in der Lage ist die Viskosität einer PA12 Kunststoffschmelze als Folge eines kombinierten Lasersinter Zeit- und Temperatureinflusses vorherzusagen. Das Modell wurde im zweiten Schritt angewandt, um die Viskosität während des Lasersinter-Prozesses in Abhängigkeit von der Energiedichte zu berechnen. Hierzu wurden Prozessdaten, wie Schmelzetemperatur und Belichtungszeit benutzt, die mithilfe einer High-Speed Thermografiekamera on-line gemessen wurden. Abschließend wurde der Einfluss der Strukturänderung auf das Viskositätsniveau im Prozess aufgezeigt.