Development of a Titanium Exo-Implant Design Using Numerical Analysis

В настоящем исследовании было проведено математическое моделирование с использованием метода конечных элементов для определения напряженно-деформированного состояния и характеристика механического поведения титановых имплантатов.In this study, mathematical modeling was carried out using the finite element method to determine the stress-strain state and characterize the mechanical behavior of titanium implants.Авторы выражают благодарность научному руководителю — доктору технических наук, доценту В.П. Кузнецову.The authors express their gratitude to the scientific supervisor — doctor of sciencesin engineering, associate professor V.P. Kuznetsov

EVALUATION OF MODULUS OF ELASTICITY OF WIRE MESH OF TITANIUM IMPLANTS BY FINITE ELEMENT MODELING

Pores, or the so-called “cellular structure”, with a regular array of prismatic hexagonal cells, embody cell-free solids in two dimensions. In other words, a “cell structure” in a broader sense describes any array of identical prismatic cells that are adjacent to each other, filling the plane. Cells have a hexagonal shape because they are in “cellular structures”, but they can also be triangular, square, or even rhombic.Поры, или так называемая «ячеистая структура», с регулярным массивом призматических гексагональных ячеек, олицетворяют бесклеточные твердые тела в двух измерениях. Иначе говоря, «ячеистая структура» в более широком смысле описывает любой массив идентичных призматических ячеек, расположенных рядом друг с другом, заполняющих плоскость. Ячейки имеют гексагональную форму, поскольку они находятся в «ячеистых структурах», но они также могут быть треугольными, квадратными или даже ромбическими.Работа выполнена при финансовой поддержке постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 года № 218, номер соглашения 03.G25.31.0234 от 03.03.2017 г

Evaluation of Mechanical Behavior of Cellular Titanium Implant Obtained by SLM Method Using FEM

The objects of research are cellular structures made of (α + β) — titanium alloy of martensitic class VT6. The finite element method with the help of various software systems is a promising way to predict and identify the localization zones of equivalent strains and stresses in samples of titanium alloy VT6. It is possible by calculation to create a cellular structure of the implant with a reduced modulus of elasticity. In this regard, the aim was set in the work: to study the mechanical properties of high-strength, cellular titanium alloy-VT6 for medical purposes, obtained by the additive method.Объектами исследования являются ячеистые конструкции из (α + β)- титанового сплава мартенситного класса ВТ6. Метод конечных элементов при помощи различных программных комплексов является перспективным способом прогнозирования и выявления зон локализации эквивалентных деформаций и напряжений в образцах из титанового сплава ВТ6. Предоставляется возможность расчетным путем создать ячеистую структуру имплантата с пониженным модулем упругости. В связи с этим в работе была поставлена цель: изучить механические свойства высокопрочного ячеистого титанового сплава ВТ6 медицинского назначения, полученного аддитивным методом

Additively manufactured Ti-6-4 ELI customized subperiosteal dental exo-implant

The role of digital technologies in the manufacture of metal products with complex geometry used in medicine is discussed. A sequence of actions is proposed to obtain a dental implant from biocompatible titanium alloy powder using the additive manufacturing based on features of human jaw anatomy. The boundary conditions for the problem are stated based on the literature data for jaw loading. The strength calculations by finite element method enabled the topological optimization of the implant. The production features of subperiosteal dental exo-implant using electron beam (EBM) melting are presented. Microstructure implant produced from Ti-6-4 ELI powder by EBM was examined. © 2021 Institute of Physics Publishing. All rights reserved.The study was supported by the Grant of the Russian Science Foundation 18-13-00220

Applications of Finite Element Modeling to Evaluate the Operational Properties of Medical Devices Produced by Additive Technologies

Объектами исследования являются – ячеистые конструкции из (α + β) - титанового сплав мартенситного класса ВТ6. Среди самых распространенных на сегодняшний день являются титан и сплавы на его основе. В частности, титановый (ɑ + β)-сплав мартенситного класса ВТ6 (и его аналог Ti-6Al-4V ELI). Сплав ВТ6 обладает высокой биоинертностью, имеет низкий модуль Юнга, что также немало важно для его применения в качестве остеозамещающего имплантата и имеет высокую удельную прочность.The objects of research are cellular structures made of (α + β) -titanium alloy of the martensitic class VT6. Among the most common today are titanium and alloys based on it. In particular, titanium (ɑ + β) is an alloy of the VT6 martensitic class (and its analogue Ti-6Al-4V ELI). VT6 alloy has a high bioinertness, has a low Young's modulus, which is also important for its use as an osteosuppressive implant and has a high specific strength

Digital Modeling of Mechanical Behavior of Titanium Implants Produced by Additive Technologies

Объектами исследования являются – ячеистые конструкции из (α + β) - титанового сплав мартенситного класса ВТ6. Метод конечных элементов при помощи различных программных комплексов является перспективным способом прогнозирования и выявления зон локализации эквивалентных деформаций и напряжений в образцах из титанового сплава ВТ6. Предоставляется возможность расчетным путем создать ячеистую структуру имплантата с пониженным модулем упругости. В связи с этим в работе была поставлена цель: изучить механические свойства высокопрочного, ячеистого титанового сплава – ВТ6 медицинского назначения, полученного аддитивным методом.The objects of research are cellular structures made of (α + β) - titanium alloy of martensitic class VT6. The finite element method using various software packages is a promising method for predicting and identifying zones of localization of equivalent deformations and stresses in samples made of VT6 titanium alloy. It is possible to create a cellular structure of the implant with a reduced modulus of elasticity by calculation. In this regard, the goal was to study the mechanical properties of high-strength, cellular titanium alloy – VT6 for medical purposes, obtained by the additive method

Influence of Selective Laser Melting Parameters on the Structure and Properties of Titanium

In this work, by the methods of scanning electron microscopy, metallography, and tensile testing, the effect of selective laser melting modes on the structure and properties of VT1–0 titanium is studied. The effect of selective laser melting parameters, such as laser power, scanning step, layer thickness on the structure and porosity, is shown.В работе методами растровой электронной микроскопии, металлографии и испытанием на растяжение изучено влияние режимов селективного лазерного плавления на структуру и свойства титана марки ВТ1–0. Показано влияние параметров селективного лазерного плавления, таких как мощность лазерного излучения, шаг сканирования, толщина слоя на структуре и пористости

Compression Deformation and Fracture Behavior of Additively Manufactured Ti–6Al–4V Cellular Structures

Corresponding research was carried out to assess if the porous structures with modified diamond-shaped lattice cells can provide better integrity of the constructions in the case of overloading. The aim of the study is designing the structures with high porosity for the biomedical applications (implants) having good load bearing capacity. Studied lattice structures are based on the modified tetrahedral beam-based cells with spherical reinforcements at the beam joints and variable beam diameter. Samples with a porosity of 50–80% were studied in present research. Structures were additively manufactured from a titanium alloy Ti–6Al–4V using SLM. Sample compression tests were carried out according to the ISO 13314 standard. Loading experiments were carried out and critical parameters extracted from the stress-strain curves. Finite element modeling was carried out for the analysis of the stress and assessment of the potential failure mechanisms. Corresponding hypothesis explaining the appearance of shear bands in porous structures under compression is formulated. Obtained results show that when the sample porosity rises from 50% to 80%, corresponding plateau stress decreases by 13 times, first maximum compressive strength decreases by 12 times, and compression offset stress decreases by 12 times, while the plateau end does not change significantly. The experiments revealed the barrel distortion of the samples geometry, which corresponds to the general knowledge how the friction between the solid compressing surfaces (anvils of the compression testing machine) and the lattice affects the sample deformation. Compression experiments also revealed the formation of shear bands during sample deformation. The stochastic nature of their development suggests that the main reason of shear bands appearing is the initial inhomogeneity of the boundary conditions of the experiment. Suggested modifications of the basic cells show a good potential for achieving regular beam-based lattice structures with high porosity and increased load bearing capacity. More experiments are needed for statistical analysis, and improvements of the loading experiments methodology for better failure mode analysis are planned for the future. © 2021 The Authors.The research was carried out within the state assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, grant number 0836-2020-0020

Gamma-Ray Sources Observed by Cos-B

Wetensch. publicati

Application of finite element simulation to investigation the operational properties of medical products obtained using additive manufacturing

Объектом исследования является (α + β) - титановый сплав мартенситного класса ВТ6. Метод конечных элементов при помощи различных программных комплексов является перспективным способом прогнозирования и выявления зон локализации эквивалентных деформаций и напряжений в образцах из титанового сплава ВТ6. Предоставляется возможность расчетным путем создать ячеистую структуру имплантата с пониженным модулем упругости. В связи с этим в работе была поставлена цель: изучить механические свойства ячеистых структур и субпериостального дентального экзо-имплантата из сплава ВТ6 медицинского назначения, полученного аддитивным методом.The object of research is (α + β) – titanium alloy of martensite class VT6. The finite element method with the help of various software packages is a promising method for predicting and identifying localization zones of equivalent deformations and stresses in samples made of titanium alloy VT6. It is possible to create a cellular structure of the implant with a reduced modulus of elasticity by calculation. In this regard, the aim of the work was to study the mechanical properties of cellular structures and subperiosteal dental exo-implant made of VT6 alloy for medical purposes, obtained by the additive method