Descrizione del progetto
Modellizzazione completa di impianti in lega di titanio realizzati con la produzione additiva
Il titanio e le sue leghe sono ampiamente utilizzati per gli impianti ossei, grazie al loro elevato rapporto forza-peso e alla biocompatibilità. La personalizzazione di questi impianti per i singoli pazienti potrebbe produrre un cambiamento radicale nelle prestazioni. I metodi convenzionali di post-elaborazione possono alterare efficacemente la struttura e le proprietà della lega metallica. La combinazione di questi elementi con la produzione additiva potrebbe portare a impianti personalizzati ad alte prestazioni e ridurre la necessità di interventi chirurgici di revisione. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto M3TiAM svilupperà solidi strumenti computazionali per prevedere l’effetto dei trattamenti successivi alla lavorazione sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche delle strutture di impalcatura realizzate con la produzione additiva, per una progettazione razionale di nuovi impianti a base di titanio.
Obiettivo
Patient-customized bone replacement implants with (micro)structural and mechanical properties tuned by design would constitute a major advance in the biomedical field. Classical metallurgical post-processing (e.g. annealing or hot-isostatic-pressing) offer an efficient way to modify metallic alloys microstructure and resulting properties. Hence, the combination of titanium alloys, scaffold structures, and additive manufacturing open promising avenues to produce custom implants that mimic natural bones and thus reduce the need for revision surgery. Moreover, modelling tools across scales are mature enough to simulate microstructural evolution and its effect on material properties, which could accelerate the design of high-quality, high-fidelity, affordable implants. The aim of M3TiAM project is to develop robust computational tools to predict the effect of post-processing treatments on microstructure and mechanical properties of additively manufactured scaffolds structures, in order to guide the design of novel Ti-based implants. To do so, multidisciplinary and multiscale theories will be combined into i) a process-sensitive structural module using phase-field modelling to predict phase evolution of biocompatible Ti alloys and ii) a structure-scaffold geometry-sensitive mechanical performance module using crystal-plasticity (microscale) and finite element (macroscale) models to predict the mechanical behaviour of bulk material and scaffold structures. The resulting computational framework will guide the design and optimisation of novel metallic implants, from the level of their microstructure to that of entire scaffold-based implants. The expected impact include: new insight into process-microstructure-properties in metallic alloys, new multi-scale and multi-physics coupling and upscaling strategies, accelerated adoption and deployment of additive manufacturing of scaffold implants for personalized medicine.
Campo scientifico
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrytransition metals
- medical and health scienceshealth sciencespersonalized medicine
- natural sciencescomputer and information sciencescomputational sciencemultiphysics
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- medical and health sciencesmedical biotechnologyimplants
Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European FellowshipsCoordinatore
28906 Getafe
Spagna