Analyse de la fatigue, homogénéisation et optimisation de structures architecturées en titane obtenues par fabrication additive ; Analysis of the fatigue, homogenization and optimization of the architectural structures in titanium obtained by additive manufacturing

Dans la conception de structures en treillis, la compréhension du module d'élasticité du matériau et de ses performances en fatigue est cruciale pour assurer la stabilité à long terme des implants dans le corps humain. Cette étude analyse le comportement élastique et le comportement de fatigue en compression à cycles élevés de la structure en treillis mappée d'un dodécaèdre rhombique utilisé dans les implants osseux médicaux fabriqués par fusion par faisceau d'électrons. La recherche a développé des modèles analytiques et aux éléments finis pour estimer le module d'élasticité en compression et les coefficients de Poisson des structures rhombiques dodécaédriques cellulaires mappées, avec ou sans contraintes de bord. La fonction de mappage x→αx a été utilisée pour mapper les coordonnées des barres de soutien, entraînant des modifications de la section et de la position des barres tout en maintenant la porosité. L'étude a examiné le module d'élasticité en compression, les coefficients de Poisson, la réponse à la fatigue en compression-compression à cycles élevés et l'effet du traitement cryogénique sur les échantillons de Ti6Al4V.Les propriétés mécaniques de la structure en treillis rhombique dodécaédrique de Ti6Al4V ont montré une amélioration significative lorsque le rapport de mappage α diminuait. Le module d'élasticité équivalent de la cellule est lié au nombre périodique de cellules simples dans des conditions sans contraintes de bord. La valeur du module augmente de manière monotone avec le nombre de cellules et le diamètre des barres, mais la plage d'augmentation approche une limite lorsque le nombre de cellules tend vers l'infini.L'influence du traitement cryogénique sur les propriétés mécaniques des échantillons et le mécanisme de rupture par fatigue des barres de soutien a été analysée grâce à une caractérisation de la microstructure. Le traitement cryogénique a amélioré le module d'élasticité, la résistance à la compression et les performances en fatigue, mais a également augmenté la déformation ...