2016 Fiscal Year Research-status Report
3D造形カスタム関節運動器の耐高疲労強度化と骨機能付与の一体化創製技術の構築
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16K05986
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
久森 紀之 上智大学, 理工学部, 准教授 (80317510)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 医療・福祉 / チタン合金 / 解析・評価 / 機械材料・材料力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
関節運動器インプラントを必要とする患者（ロコモ）の急速な増加に伴い，安全性等に関する基本的機能を十分に満足しつつ，患者個々の関節運動器の骨格や骨質，症状等に合わせた高生体適合性カスタムメイドが求められている．カスタムインプラントの製造には，試作品を素早く作るラピッドプロトタイピングを応用した金属積層造形（Additive Manufacturing）が期待されている．材料的観点からは，チタン合金（Ti-6Al-4V）とコバルトクロム合金（Co-Cr）が股・膝関節の荷重支持部に適用されている．本研究では，関節運動器の骨形状3D CADデータからチタン合金とコバルトクロム合金の3D造形カスタム関節運動器を造形し，短時間高速フレーム骨類似アパタイト（HA）溶射で耐疲労強度化プロセスの確立及び骨伝導能付与技術の一体化創製技術の構築を目的とする．
具体的には，3D造形材には造形時の欠陥が残留する．加えて，骨伝導能に乏しい金属なので，骨と協調・融合する機能性の付与が不可欠である．短時間高速フレームHA溶射によるマルテンサイト変態で，組織の微細化と欠陥の除去で疲労強度・寿命の向上，併せて，擬似骨HAを核付け（極微量定着）した骨伝導機能付加カスタムメイド関節運動器の一体化創製技術の構築を目的とする．
本年度は，骨形状の3D CADデータに基づく電子ビーム積層造形法により，Ti-6Al-4V合金及びCo-Cr合金製の人工股・膝関節運動器の造形を試みる．
そして，造形欠陥による疲労特性低下を抑制するための短時間高速フレーム溶射熱処理を行い，組織構造観察と結晶構造の解析を行う．加えて，同熱処理で欠陥が除去され，耐疲労強度が向上する最適条件を把握し，その機構を探求する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
骨形状の3D CADデータに基づく電子ビーム積層造形法により，Ti-6Al-4V合金及びCo-Cr合金製の人工股・膝関節運動器の造形を行うことが可能となった．しかし．同材の同部位へのインプラントの可能性とは分けて考える．
造形欠陥による疲労特性低下を抑制するための短時間高速フレーム溶射熱処理を行い，組織構造観察と結晶構造の解析については，概ね順調に進展している．しかし，同熱処理で欠陥が除去されているかについての同定には評価手法を検討する必要がある．したがって，耐疲労強度が向上する最適条件の把握までは至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
造形欠陥による疲労特性低下を抑制するための短時間高速フレーム溶射熱処理を行い，組織構造観察と結晶構造の解析結果と，同熱処理で欠陥が除去されているかについての定量的に評価を行う．そのための評価手法を検討する．
これら欠陥評価を鑑みた，耐疲労強度が向上する最適条件を把握する．
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| Causes of Carryover |
購入予定の物品費が当初価格よりも高価になったことから，既存の試験機を一部改良して使用することで対応した結果．当初予算を抑えることができた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
既存の結晶学的評価装置を用いて，力学特性向上のメカニズムの解明の一部に使用することを計画している．
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Research Products
(10 results)
