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電子束積層製造多孔結構之壓縮機械性質研究

為了解決astm f75 pdf的問題，作者洪宇萱 這樣論述：

電子束積層製造 (Electron Beam Additive Manufacturing，EBAM) 是一種粉床熔化成形技術(Powder Bed Fusion，PBF)，國際市場上已有許多利以電子束積層製造多孔骨科植入物的案例，如髖關節臼杯、脊椎植入物，雖多已能應用於人體，但大多數研究都針對多孔孔隙率或垂直多孔梯度與機械性質的關係，企圖解決植入物與人體骨骼因強度差異過大而產生應力遮蔽效應(Stress Shielding)，然人體骨骼孔隙結構屬於水平式多孔梯度，鮮少研究涉獵，故本研究對此問題進行探討。實驗步驟分別以電子束積層製造將鈦-6鋁-4釩合金製成立方結構(Cubic)、鑽石結構(D

iamond)及截角截半立方體結構(Truncated Cuboctahedron，TCO)三種多孔結構為單位晶胞(Unit Cell)，孔隙率控制於40%~80%之間，進行壓縮測試，找出最接近小梁骨和皮質骨楊氏模數的植入物。研究結果顯示出具立方結構(楊氏模數介於2.4~9.5 GPa)強度最高且符合皮質骨需求；鑽石結構 (楊氏模數介於1.2~1.7 GPa) 強度低，吻合小梁骨之需求；而截角截半立方體結構(楊氏模數 = 1.2~5.9 GPa)則可針對孔隙率不同進行調節能夠符合兩種骨骼所需之楊氏模數；另一方面以水平式複合孔隙率立方結構可藉調整內部之孔隙率來獲得所需強度(楊氏模數介於3.3~8

.9 GPa)，符合人體骨骼所需機械性質。研究指出於孔隙率相近情形下，以單一孔隙率立方結構C3與複合孔隙率立方結構CC-2為例，兩者孔隙率差距僅1.6%，降伏強度分別為112.2MPa及154.1 MPa，差距高達27.2%，然平原區應力則是199.2 MPa與219.5 MPa，相差9.25%。由上述結果可進一步證實複合孔隙率立方結構於孔隙率高於50%時，由於有外圍之低孔隙率結構維持固定強度，因此於彈性區間可承受較大應力，平原區則較不明顯。