Mechanismenbasierte Charakterisierung des Ermüdungs- und Korrosionsermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TPMS-Gitterstrukturen unter physiologischen Bedingungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449916462

Zentrales Ziel des TP-3 ist die ganzheitliche Charakterisierung des mikroskopischen und mechanischen Verformungs- und Schädigungsverhaltens unter zyklischer und korrosiver Beanspruchung von PBF-LB/M gefertigten sowie beschichteten Gitterstrukturen der Ti-6Al-4V-Legierung. Aufgrund des komplexen Szenarios werden die Beanspruchungsarten zunächst separat und in der Folge überlagert betrachtet, um die jeweils dominierenden Mechanismen zu erfassen. Nachdem in zeiteffizienten Korrosions- und quasistatischen mechanischen Untersuchungen der Einfluss der PBF-LB Prozessparameter bestimmt ist, wird ein optimaler Parametersatz definiert und zur Fertigung von vereinfachten 2D-Geometrien auf Basis von TPMS-Strukturen (engl. triply periodic minimal surface) genutzt. Basierend auf der Ermüdungsfestigkeit und den -schädigungsmechanismen an Luft wird für die weiterführende Charakterisierung der Beschichtung hinsichtlich zyklischer Belastbarkeit sowie der Korrosionseigenschaften ein favorisierter 2D-Gittertyp gewählt. Ziel ist es, ein umfassendes Verständnis der mechanischen und korrosiven Eigenschaften für den vereinfachten 2D-Fall aufzubauen und die Erkenntnisse auf 3D-Gitterproben zu übertragen. Zur Charakterisierung des anwendungsnahen Schädigungs-verhaltens werden In-vitro-Korrosionsermüdungsversuche an 3D-Gitterstrukturen durchgeführt und an explantierten Implantat-Knochen-Verbindungen (ex vivo) das mechanische Verhalten des Interfaces charakterisiert sowie der Steifigkeitsunterschied (stress shielding) quantifiziert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5250: Mechanismenbasierte Charakterisierung und Modellierung von permanenten und bioresorbierbaren Implantaten mit maßgeschneiderter Funktionalität auf Basis innovativer In-vivo-, In-vitro- und In-silico-Methoden