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2021 年度 研究成果報告書

3D造形関節運動器の疲労強度向上を目指した組織・結晶構造の変態プロセスの構築

研究課題

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研究課題/領域番号 19K04096
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関上智大学

研究代表者

久森 紀之  上智大学, 理工学部, 教授 (80317510)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードチタン合金 / 積層造形 / 疲労特性 / 組織・微細構造 / 変態プロセス / 関節運動器
研究成果の概要

患者個々の関節運動器の骨格や症状等に合わせた高生体適合性カスタムメイドインプラントが求められている.現在の整形外科用3D造形関節運動器デバイスは,造形時の残留欠陥が疲労強度を著しく低下させるために実用範囲が極めて限定されている.
本研究では,チタン合金の3D造形カスタム関節運動器デバイスを直接造形し,短時間高周波焼入れとショットピーニング処理で組織のナノ結晶化と結晶相変態による耐疲労強度化プロセスの構築を行った.

自由記述の分野

環境材料強度学

研究成果の学術的意義や社会的意義

カスタムメイド医療を目指す金属粉末積層造形技術の導入は,基本機能を維持しつつ,患者個々の骨形状に見合う性能及び構造となるよう最適化されたヒトに優しいインプラント技術である.積層造形は低侵襲手術,早期リハビリ,長寿命化インプラント,再手術の減少,簡易手術と成績向上等,多くの患者にメリットがある.
本研究ではTi-6Al-4V合金を対象に,電子ビーム積層造形法で造形・創製した.そして,短時間高周波焼入れとショットピーニング処理で残留欠陥の除去及び更なる疲労強度の向上を目指した.すなわち,造形材の安心安全を担保可能であることを検証するための疲労強度・寿命評価を実施し,そのメカニズムを明らかにした.

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公開日: 2023-01-30  

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