Perspective of Additive Manufacturing Selective Laser Melting in Co-Cr-Mo Alloy in the Consolidation of Dental Prosthesis

This chapter seeks to compare the properties of samples manufactured by additive manufacturing (AM) by the selective laser melting (SLM) technology and compare with the precision casting (PC) processes using the Co-Cr-Mo (ASTM F75) alloy to manufacture of dental prosthesis. This AM process can be manufactured three-dimensional models by means of a laser beam that completely melts particles of powder deposited layer by layer. However, it is still relevant to know the properties of: performance, dimensional, mechanical and microstructural of this laser melting process and compare with a convencional process. The results of mechanical evaluation showed that the SLM technique provides superior mechanical properties compared to those obtained by the PC technique. It is possible to verify that the consolidation by SLM technique results in lower presence of porosity than PC technique. In addition, PC samples presented a gross dendritic microstructure of casting process. Microstructural analysis of SLM samples results in a characteristic morphology of layer manufacturing with ultrafine grains and a high chemical homogeneity. In this way, the development of the present study evidenced to improve the manufacture of customized components (copings) using the SLM technology

Evaluation of mechanical properties and microstructural characterization of consolidated Cobalt-Chromium-Molybdenum obtained by selective laser melting and precision casting

Este trabalho tem por objetivo estudar as propriedades mecânicas e a caracterização microestrutural de espécimes da liga de Co-Cr-Mo obtidos por manufatura aditiva fusão seletiva a laser (do inglês Selective Laser Melting SLM) e por fundição de precisão, visando a confecção de próteses odontológicas. A partir de pós de Co-Cr-Mo atomizados a gás foram realizadas as seguintes etapas: 1) investigação das propriedades físicas, químicas e térmicas dos pós atomizados em diferentes faixas granulométricas (denominadas: D1 75 μm); 2) confecção de espécimes, em dimensões padronizadas, por meio das técnicas de consolidação; 3) caracterização dos consolidados por análise de: citotoxicidade, porosidade, difração de raios X e dilatometria; 4) caracterização mecânica de tração, flexão em três pontos, dureza (macro e micro Vickers) e caracterização microestrutural (microscopia óptica e eletrônica de varredura). De modo geral, os resultados obtidos foram: a granulometria D2 (20-50 μm) é a que melhor se enquadra nas análises de empacotamento para a consolidação por meio de SLM; a biocompatibilidade das amostras obteve resultado positivo para ambas técnicas de processamento; a avaliação mecânica dos espécimes evidencia que a técnica de fusão seletiva a laser propicia propriedades mecânicas (tensão de escoamento, tensão de ruptura, tensão máxima, alongamento e dureza) superiores as obtidas pela técnica de fundição de precisão; a microestrutura obtida pelo processo SLM é composta por grãos ultrafinos e de elevada homogeneidade química. Conclui-se que, o desenvolvimento do presente estudo evidenciou que na fabricação de componentes odontológicos customizados (coroas) a técnica SLM apresenta qualidade superior quando comparada a fundição de precisão.The objective of this work was to study the mechanical properties and microstructural characterization of specimens of the Co-Cr-Mo alloy obtained by additive manufacturing -selective laser melting (SLM) and precision casting aiming at the manufacture of dental prostheses. The following steps were carried out on Co-Cr-Mo gas-atomized powders: 1) investigation of the physical, chemical and thermal properties of atomized powders in different grain sizes (denominated: D1 75 μm); 2) the consolidation of standard specimens via consolidation techniques; 3) characterization of consolidated by analysis of: cytotoxicity, porosity, X ray diffraction and dilatometry; 4) mechanical characterization of tensile, 3 point bending, hardness (macro and micro Vickers) tests and microstructural characterization (optical and scanning electron microscopy). In general, the results observed were: the grain size D2 (20-50 μm) is the one that best fits in the analysis of packaging, for the consolidation by SLM; the biocompatibility of the samples obtained a positive result for both processing techniques; the mechanical evaluation of the specimens shows that the SLM technique provides superior mechanical properties (yield stress, rupture stress, maximum stress, elongation and hardness), compared to those obtained by the precision casting technique; the microstructure obtained by the SLM process results in an ultrafine grains with high chemical homogeneity, differentiated by the gross dendritic microstructure in the casting process. In this way, the development of the present study evidenced superior quality in manufacturing customized dental components (copings) by SLM technique compared to precision casting

Laser powder bed fusion of Co-Cr-Mo alloy: mechanical properties and microstructure after heat treatment

A fusão em leito de pó a laser (FLP-L) se destaca entre os principais processos da manufatura aditiva (MA) pela fabricação de peças de geometrias complexas e com alívio de peso, especialmente nas indústrias aeroespacial e biomédica. A adequação de parâmetros do processo da FLP-L e a realização de pós-processamento por tratamentos térmicos são fundamentais para assegurar a qualidade e otimizar a vida útil de próteses e implantes médicos. As ligas de Co-Cr-Mo fabricadas por FLP-L são foco de pesquisa recorrente por possuir grande potencial na fabricação de próteses médicas e odontológicas personalizadas. Até o momento os estudos anteriores enfatizam a otimização de propriedades macroscópicas, como o comportamento de envelhecimento. Nas ligas de Co-Cr-Mo existe pouca literatura abrangendo a janela de processamento e sua relação com as características microestruturais e mecânicas. Este trabalho apresenta uma investigação dos principais parâmetros do processo de FLP-L em uma liga normatizada de Co-Cr-Mo ASTM F75 por meio dos efeitos e das influências da fabricação aditiva por laser por meio de análises mecânicas e microestrutura obtida nas amostras. Adicionalmente, foi feito tratamento térmico por solubilização na liga de Co-Cr-Mo processada por FLP-L. As análises obtidas foram comparadas com a rota convencional de fundição de precisão (FP). Os resultados obtidos permitiram determinar os parâmetros adequados para o processo FLP-L da liga de Co-Cr-Mo, possibilitando uma microestrutura com ausência de defeitos, obtendo densificações superiores que 99 %. As relações investigadas de processo-propriedade são importantes para definir a influência dos parâmetros analisados no processamento e pode embassar o estabelecimento de protocolos na padronização do processo de FLP-L da liga de Co-Cr-Mo.Powder bed fusion by laser (PBF-L) stands out among the main processes of additive manufacturing (AM) for manufacturing parts with highly complex geometry and weight relief, specially in the aerospace and biomedical industries. The adequacy of the PBF-L process parameters and the performance of post-processing by heat treatments are fundamental to ensure the quality and optimize the useful life of medical prostheses and implants. Manufacturing Co-Cr-Mo alloys by PBF-L are the focus of recurrent research because they have great potential in the fabrication of customized medical and dental prostheses. So far, previous studies emphasize the optimization of macroscopic properties, such as aging behavior. In Co-Cr-Mo alloys there are few literatures covering the processing window and its relationship with the microstructural and mechanical characteristics. This work presents an investigation of the main parameters of the PBF-L process in a standardized Co-Cr-Mo alloy ASTM F75 through the effects and influences of laser additive manufacturing through mechanical analysis and microstructure obtained in the samples. Additionally, heat treatment by solubilization was carried out in the PBF-L Co-Cr-Mo alloy processed. The analyzes obtained were compared with the conventional precision casting route. The results obtained allowed to determine the appropriate FLP-L process parameters for the Co-Cr-Mo alloy, allowing a microstructure with no defects, obtaining densifications higher than 99%. The investigated process-property relationships are important to define the influence of the analyzed parameters in the processing and can support the establishment of protocols in the standardization of the Co-Cr-Mo alloy FLP-L process