2020 Fiscal Year Annual Research Report
骨固定用金属製インプラントの超異方的剛性機能設計のための指導原理
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20H02036
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
仲井 正昭 近畿大学, 理工学部, 准教授 (20431603)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 衛 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (00309270)
京極 秀樹 近畿大学, 次世代基盤技術研究所, 教授 (10258056)
植木 洸輔 近畿大学, 理工学部, 助教 (10845928)
坂田 誠一郎 近畿大学, 理工学部, 教授 (80325042)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体材料 / ステンレス鋼 / 金属積層造形 / 結晶方位配向 / ヤング率 / 力学的特性 / 異方性 / インプラント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨固定用金属製インプラントの剛性は、骨修復中とその後とで適正値が異なり、骨修復中は高剛性、骨修復完了後は低剛性のほうが適切であることが実験的に示唆されている。さらに、この骨修復状況に依存した金属製インプラントの剛性の適正値の変化は力学的負荷方向に依存し、骨修復中は骨のねじり方向、骨修復後は軸方向の剛性が重要であると考えられる。そこで、本研究では、骨のねじり方向に高剛性であり、軸方向に低剛性となるように、意図的に大きな剛性異方性を付与した金属製インプラントの作製を試みる。この実現のため、材質と形状とを同時に制御することが可能な金属積層造形技術を用いる。初年度であった今年度は、金属積層造形に関する報告が既に多くなされている316Lステンレス鋼を供試材として用い、横方向には高ヤング率となり、縦方向には低ヤング率となるように、面内の直交する二方向の結晶方位を<110>/<100>および<111>/<110>に配向させることを意図したプレートを試作した。その結果、造形条件、造形方向および試験片切り出し方向に改善の余地を残したものの、プレートのヤング率を縦方向よりも横方向に高くすることに成功した。プレートの塑性変形挙動には、単結晶に類似した点も数多く認められた。ただし、造形体のミクロ組織はレーザー走査方向や積層方向に依存して不均質であったため、引張強さおよび伸びについては、結晶方位配向のみでは決まらず、力学的負荷方向と結晶粒形状との関係も影響することが示唆された。
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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
金属積層造形を用いて、面内の直交する二方向の結晶方位配向を制御し、横方向のほうが縦方向に比べてヤング率が高いプレートの作製に成功したことから、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の検討の結果、プレートの横方向と縦方向のヤング率の差をさらに大きくするためには、造形条件、造形方向および試験片切り出し方向の改善が必要であることがわかった。そこで、次年度は、これらの改善により、横方向と縦方向のヤング率の差をさらに大きくできるかを検証する。さらに、市販されていない合金粉末を用いた金属積層造形についても検討を開始する。
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