Publication: Characterization of rapid prototyped Ti6Al4V bone scaffolds by the combined use of micro-CT and in situ loading
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Publication date
2009-09
Defense date
2009
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Abstract
The present project dealt with the morphological and mechanical characterization of Ti6Al4V bone scaffolds produced by Selective Laser Melting, via micro-CT combined with in situ compressive loading. The in situ loading stage was first validated by proving that there was no difference between compressing the bone scaffolds on a conventional loading device, or on the in situ loading stage. Then, the effect of stepwise loading on the derived mechanical properties was assessed, showing a significant difference for the E-modulus, since the structures were non-linear elastic. It was seen that the variation of mechanical and morphological parameters for scaffolds with the same design within one production batch was neglectable. Thus, for future work, one random scaffold might be considered as representative for those produced with the same design. The influence of varying the pore size while keeping the strut size constant was assessed both morphologically and mechanically, setting up a protocol for future assessment of the scaffolds. The combination of micro-CT and in situ loading allowed to relate the failure mechanisms to the design and to locate the onset of failure by the change in morphological parameters. ____________________________________________________
El presente proyecto trata de la caracterización morfológica y mecánica, vía micro-CT combinado con ensayos de compresión in situ, de escafoides para implantación ósea de Ti6Al4V fabricados por Selective Laser Melting. La máquina de compresión in situ fue validada comprobando que no existían diferencias entre la realización de ensayos de compresión en una máquina de ensayo convencional y la máquina in situ. A continuación se evaluó el efecto de la compresión escalonada en las propiedades mecánicas, que indicó una diferencia significativa en el módulo E debido a que las estructuras tenían un comportamiento elástico no lineal. Se constató que la variación de las propiedades mecánicas y morfológicas era pequeña para escafoides con el mismo diseño y del mismo lote. De este modo, en el futuro, un escafoide escogido al azar podría considerarse representativo del lote de aquellos fabricados a partir del mismo diseño. La influencia de variar el tamaño de poro de los escafoides manteniendo constante el tamaño de columna fue evaluada tanto morfológica como mecánicamente, estableciendo un protocolo para trabajos futuros. La combinación de ensayos de compresión in situ con la toma de imágenes por micro-CT permitió relacionar el mecanismo de fractura con el diseño, además de la localización del instante de inicio de la fractura mediante el cambio en los parámetros morfológicos.
El presente proyecto trata de la caracterización morfológica y mecánica, vía micro-CT combinado con ensayos de compresión in situ, de escafoides para implantación ósea de Ti6Al4V fabricados por Selective Laser Melting. La máquina de compresión in situ fue validada comprobando que no existían diferencias entre la realización de ensayos de compresión en una máquina de ensayo convencional y la máquina in situ. A continuación se evaluó el efecto de la compresión escalonada en las propiedades mecánicas, que indicó una diferencia significativa en el módulo E debido a que las estructuras tenían un comportamiento elástico no lineal. Se constató que la variación de las propiedades mecánicas y morfológicas era pequeña para escafoides con el mismo diseño y del mismo lote. De este modo, en el futuro, un escafoide escogido al azar podría considerarse representativo del lote de aquellos fabricados a partir del mismo diseño. La influencia de variar el tamaño de poro de los escafoides manteniendo constante el tamaño de columna fue evaluada tanto morfológica como mecánicamente, estableciendo un protocolo para trabajos futuros. La combinación de ensayos de compresión in situ con la toma de imágenes por micro-CT permitió relacionar el mecanismo de fractura con el diseño, además de la localización del instante de inicio de la fractura mediante el cambio en los parámetros morfológicos.
Description
Keywords
Ensayo de materiales, Materiales porosos, Ingeniería de huesos, Escafoides, Implantes óseos