- Tytuł:
-
Modelling aspects of laser cladding of bioactive glass coatings on ultrafine-grained titanium substrates
Analiza numeryczna procesu napawania laserowego powłok szkła bioaktywnego na ultradrobnoziarniste podłoża tytanowe - Autorzy:
-
Bajda, Szymon
Krzyzanowski, Michal - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/29520318.pdf
- Data publikacji:
- 2019
- Wydawca:
- Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydawnictwo AGH
- Tematy:
-
laser cladding
ultrafine-grained materials
finite element analysis
bioactive glass
napawanie laserowe
materiały drobnoziarniste
analiza elementów skończonych
szkło bioaktywne - Opis:
-
Titanium alloys, due to their exceptional mechanical properties and biocompatibility, are commonly used to produce medical implants nowadays. However, the presence of such elements as aluminium and vanadium can be harmful to human health. One of the possible solutions could be replacing the titanium alloys with ultrafine-grained commercially pure titanium (cpTi). The yield and also the ultimate strength of cpTi can exceed 1000 MPa. One of the most promising methods in manufacturing medical implants with improved biological fixation is laser cladding in which bioactive glass coatings are imposed on metallic substrates. The aim of this work is development of a 3D numerical model of the above mentioned additive manufacturing process. The obtained model is able to predict the stress-strain and temperature distributions during the processing. A sequentially coupled finite element (FE) model of laser cladding has been developed by applying element birth and death technique to calculate the transient temperature fields used in the stress analysis. The concentrated volumetric heat source from the laser beam moving along the metal surface has been represented by the Gaussian distribution in the radial and exponential decay in the depth direction. The developed FE based numerical model is capable to support the optimal design of such advanced multi-layered structural materials using the laser cladding technique.
Stopy tytanu są obecnie powszechnie stosowane do produkcji implantów medycznych ze względu na wyjątkowe własności mechaniczne i biokompatybilność. Jednakże obecność takich pierwiastków jak aluminium i wanad może być szkodliwa dla zdrowia ludzkiego. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu może być zastąpienie stopów tytanu ultradrobnoziarnistym komercyjnie czystym tytanem (cpTi), którego granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie cpTi może przekraczać nawet 1000 MPa. Jedną z najbardziej obiecujących metod produkcji implantów medycznych jest napawanie laserowe, w którym powłoki szkła bioaktywnego są nakładane na podłoża metaliczne. Celem pracy było opracowanie modelu numerycznego 3D w/w procesu wytwarzania przyrostowego. Otrzymany model jest w stanie przewidywać rozkłady naprężeń, odkształceń i temperatur występujących w trakcie procesu. Opracowano model sekwencyjny napawania laserowego wykorzystując metodę elementów skończonych (MES) i technikę dezaktywacji i aktywacji elementów skończonych, co pozwoliło obliczyć przejściowe pola temperatury, które wykorzystano następnie do analizy naprężeń. Skoncentrowane objętościowe źródło ciepła wiązki laserowej przemieszczającej się wzdłuż powierzchni metalu było opisane za pomocą rozkładu Gaussa. Opracowany model numeryczny może wspomóc projektowanie i wytwarzanie zaawansowanych wielowarstwowych materiałów z wykorzystaniem techniki napawania laserowego. - Źródło:
-
Computer Methods in Materials Science; 2019, 19, 3; 138-149
2720-4081
2720-3948 - Pojawia się w:
- Computer Methods in Materials Science
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł