Концепция материалов с варьирующимися по объему полезными характеристиками давно известна и находит воплощение в виде композиционных, а также компактных функционально-градиентных материалах. Аддитивные технологии позволяют по-новому взглянуть на процесс разработки таких материалов, а также на их вид и строение. Выпускная квалификационная работа нацелена на исследование материалов с функциональными градиентными характеристиками, полученных с помощью технологии селективного лазерного плавления из металлической порошковой композиции. Среди задач исследования был выполнен обзор современной научно-технической литературы, относящейся к тематике получения функциональных материалов с переменными свойствами аддитивными технологиями, а также формирование свойств титанового сплава; оценены технологические свойства титанового порошкового сплава; определена точность выращивания сетчатых структур разной конфигурации и параметров, плотность и размер пор. Рассмотрены свойства материалов с переменными химическим составом и плотностью, включая микроструктурное состояние, плотность и механические свойства. Исследован процесс формирования сетчатых конструкций со различными видами структурного градиента с помощью систем автоматического проектирования, и определения их эффективных свойств с помощью инструментов численного моделирования, далее отобранных с целью их соответствия свойствам человеческой кости. Полученные результаты работы нацелены на использование при разработке имплантатов, состоящих из сетчатого функционально-градиентного материала.

The concept of material with variable useful characteristics is well-known and is embodied in the form of composite as well as compact functional graded materials. Additive technologies allow to take a fresh look at the development process of such materials, as well as their appearance and structure. Graduation work is devoted to the study of materials with functional gradient characteristics obtained using selective laser melting technology from a metal powder composition. Among the objectives of the study was a review of modern scientific and technical literature related to the topic of obtaining functional materials with variable properties of additive technologies, as well as the formation of the properties of a titanium alloy; technological properties of titanium powder alloy are evaluated; the manufacture accuracy of lattice structures with different configurations and parameters, the density and pore size are determined. The properties of materials with variable chemical composition and density, including the microstructural state, density and mechanical properties are investigated. The process of forming mesh structures with various types of structural gradient using computer aided design systems, and determining their effective properties, determined using numerical modeling tools and selected to match the properties of the human bone, is studied. The results of the work are aimed to be used in the development of implants, consisting of a mesh functional graded material.

• ВВЕДЕНИЕ
  • Глава 1. Литературный обзор
  • 1.1 Функционально-градиентные материалы.
    • 1.1.1 Функционально-градиентные материалы с переменным химическим составом
    • 1.1.2 Функционально-градиентные материалы с переменной микроструктурой
    • 1.1.3 Функционально-градиентные материалы с переменной плотностью
  • 1.2 Селективное лазерное плавление
    • 1.2.1 Основные принципы технологии селективного лазерного плавления и ее состояние в настоящее время
    • 1.2.2 Физические явления, сопровождающие процесс селективного лазерного плавления
  • 1.3 Титановые сплавы
    • 1.3.1 Титан и его модификации
    • 1.3.2 Сплавы титана
    • 1.3.3 Двухфазные (α + β) -сплавы.
• Глава 2. Материалы и методы исследования
  • 2.1. Методы исследования и экспериментальное оборудование
  • 2.2. Исходный материал и его свойства
• Глава 3. Экспериментальная часть
  • 3.1 Микроструктура компактного материала.
  • 3.2 Переменный химический состав
  • 3.3 Разработка функционального материала
    • 3.3.1 Конфигурация сетчатых образцов
    • 3.3.2 Оценка пористости и точности исполнения сетчатых образцов
  • 3.4 Создание градиента плотности за счет изменения толщины прутков
    • 3.5.1 Механические свойства градиентного сетчатого материала, созданного с помощью разных подходов
  • 3.5 Формирование градиента плотности за счет комбинирования разных конфигураций ячеек
    • 3.5.2 Определение функциональных свойств сетчатых структур
    • 3.5.3 Отбор сетчатых структур.
    • 3.5.4 Определение эффективного модуля упругости
    • 3.5.5 Определение эффективного предела прочности
    • 3.5.6 Определение размера пор
    • 3.5.7 Комбинирование ячеистых структур
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ