Alloys-by-design: A low-modulus titanium alloy for additively manufactured biomedical implants

材料科学 合金 选择性激光熔化 钛合金 微观结构 延展性(地球科学) 生物相容性 可制造性设计 复合材料 冶金 模数 机械工程 蠕动 工程类
作者
Enrique Alabort,Yuanbo T. Tang,Daniel Barba,Roger C. Reed
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:229: 117749-117749 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.117749
摘要

The performance of many metal biomedical implants – such as fusion cages for spines – is inherently limited by the mismatch of mechanical properties between the metal and the biological bone tissue it promotes. Here, an alloy design approach is used to isolate titanium alloy compositions for biocompatibility which exhibit a modulus of elasticity lower than the Ti-6Al-4V grade commonly employed for this application. Due to the interest in alloys for personalised medicine, additive manufacturability is also considered: compositions with low cracking susceptibility and with propensity for non-planar growth are identified. An optimal alloy composition is selected for selective laser melting, and its processability and mechanical properties tested. Additive manufacturing is used to engineer an heterogeneous microstructure with outstanding combined strength and ductility. Our results confirm the suitability of novel titanium alloys for lowering the stiffness towards that needed whilst being additively manufacturable and strong.

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