積層造形技術を駆使した骨類似の異方性を有する革新的インプラント材料設計

使用增材制造技术进行具有类骨各向异性的创新植入材料设计

• 批准号: 26889053
• 负责人: 芹澤 愛
• 金额: $ 0.92万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-08-29 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26889053/
• 关键词: 構造・機能材料

本研究は、材料工学的視点から、患者個々の骨に適合した力学機能を発揮しうる革新的インプラントの創製を目指すものである。骨において最も重要な特性である骨強度に対しては、骨密度よりも骨組織異方性（アパタイトの配向性）が重要な役割を担っている。したがって、正常な骨配向化組織が有する力学機能を発揮する、骨類似の異方性を積極的に付与した革新的インプラントの開発が不可欠である。その上で、患者個々に最適な力学機能を3次元的にインプラント材料に付与する技術の確立が重要になる。本研究では金属積層造形技術に着目し、構造異方性のみならず組織異方性を同時に制御することで、インプラントへの適用を目的とした骨類似の異方性を有する金属材料の創製を行った。高力学特性・高信頼性を担保する材料作製のための積層造形技術の確立として、生体内で使用されるインプラント材料に対しては不可欠な要素である高信頼性・高安全性を担保するための積層造形技術の探索を行った。造形パラメータのうち、ビーム出力およびビームの走査速度・走査間隔を最適化することで、相対密度99％以上の緻密体の作製に成功した。金属組織異方性の観点からは、ビームの入熱量ならびに走査条件によって金属組織が変化することを見出し、特に骨類似の一方向異方性を付与することに成功した。

This study aims to develop innovative ideas for the development of mechanical functions from the viewpoint of materials engineering. The most important characteristics of bone are bone strength, bone density, bone tissue anisotropy, and bone tissue anisotropy. Therefore, the development of innovative software is indispensable to realize the mechanical function of normal bone-aligned tissues and actively implement the heterogeneity of bone similarity. It is important to establish the optimal mechanical function for each patient and the three-dimensional material application technology. This study is aimed at the creation of metal materials with structural anisotropy and structural anisotropy simultaneously. The establishment of multilayer molding technology for material manufacturing with high mechanical properties and high reliability, and the exploration of multilayer molding technology for material manufacturing with high reliability and high safety in vivo The process of forming dense bodies with relative density of more than 99% was successfully carried out by optimizing the process speed and process interval. The heat input and the conditions for the transformation of the metal structure were investigated.

项目成果

レーザービーム積層造形法を利用したCo-Cr-Mo合金製構造体の異方性設計とその力学機能

激光束增材制造Co-Cr-Mo合金结构的各向异性设计及其力学功能

• 发表时间: 2015
• 作者: 井上暢;石本卓也;芹澤愛;中本貴之;木村貴広;中野貴由
• 通讯作者: 中野貴由

レーザ積層造形法を用いた凝固部／粉末部の配置制御によるCo‐Cr‐Mo 合金の力学機能異方性設計

使用激光增材制造方法控制凝固和粉末部件的排列来设计Co-Cr-Mo合金的机械和功能各向异性

• 发表时间: 2015
• 作者: 井上暢;芹澤愛;中本貴之;木村貴広;石本卓也;中野貴由
• 通讯作者: 中野貴由

バイオマテリアル研究の最前線

生物材料研究前沿

• 发表时间: 2014
• 作者: 小泉 雄一郎;千葉 晶彦
• 通讯作者: 千葉 晶彦

積層造形法を用いた構造制御によるチタン合金の異方的力学機能設

增材制造结构控制钛合金各向异性力学功能设计

• 发表时间: 2015
• 作者: A. Hafuka;Q. Ding;H. Yamamura;K. Yamada;and H. Satoh;井上暢，平本菜摘，石本卓也，芹澤愛，福田英次，中本貴之，木村貴広，中野貴由
• 通讯作者: 井上暢，平本菜摘，石本卓也，芹澤愛，福田英次，中本貴之，木村貴広，中野貴由