Investigation of the effect of alloying elements on the printability of biodegradable material

The integration of biodegradable implant into the human body must meet both engineering and physiological requirements. The properties of magnesium such as low density, high specific strength and other biocompatibility properties makes magnesium and its alloy suitable for several biodegradable implant application. However, the current available magnesium alloys still rely on structural / commercial purpose alloys which are not specific to human body environment, too fast degradation and limited mechanical performance of the alloys. Additive manufacturing seems to have potential effect for magnesium alloy implant performance and production such as design and production of patient-specific implants, geometrically and mechanically adapted to the specific patient yet limited work has been done in this new area. Extensive trial-and error was already shown from previous magnesium alloys implant as implant application. A way to tackle the burden of undertaking extensive experiment is by using Computational aided alloys design. CALPHAD or CALculation of PHase Diagram is a computational modelling where all available experimental and theoretical information on phase equilibria and thermochemical properties collected into a system database. Further, ICME aims to integrate computational materials science tool into a system which accelerate materials development, design optimization process and unify design/manufacturing and ICME utilized CALPHAD as one of the methods for designing alloys. Screening possible alloying element was performed than calculation of each element effect was investigated. The effect on mechanical strengthening and possible defect induced by alloying was performed. It was found that the promising composition alloys proposed to be Mg-4Zn-(0.7-1.5 wt.%) Ca-(<1wt.%) Sn and higher solute in single phase will result in higher hot tearing susceptibility index due to increasing liquidus temperature so that freezing range become wider and hinder precipitation which decrease final composition of eutectic phase. Integreringen av biologiskt nedbrytbart implantat i människokroppen måste uppfylla både tekniska och fysiologiska krav. Egenskaperna hos magnesium såsom låg densitet, hög specifik styrka och andra biokompatibilitetsegenskaper gör magnesium och dess legering lämplig för flera biologiskt nedbrytbara implantatapplikationer. Emellertid förlitar sig de nuvarande tillgängliga magnesiumlegeringarna fortfarande på strukturella / kommersiella ändamållegeringar som inte är specifika för människokroppsmiljön, för snabb nedbrytning och begränsad mekanisk prestanda hos legeringarna. Adderande stillverkning tycks ha en potentiell effekt för magnesiumlegeringsimplantatprestanda och -produktion, såsom design och produktion av patientspecifika implantat, geometriskt och mekaniskt anpassade till den specifika patienten men ändå begränsat arbete har gjorts inom detta nya område. Omfattande försök och fel visades redan från tidigare implantat av magnesiumlegeringar som implantatapplikation. Ett sätt att ta itu med bördan på att genomföra omfattande experiment är att använda beräkningsstöd för legeringar. CALPHAD eller CALculation of Phas Diagram är en beräkningsmodellering där man samlar in och utvärderar all tillgänglig experimentell och teoretisk information tillgänglig om fasjämvikt och termokemiska egenskaper i en systemdatabas. Vidare syftar ICME till att integrera beräkningsmaterialvetenskapligt verktyg i ett system som påskyndar materialutveckling, designoptimeringsprocess och förenar design / tillverkning och ICME använde CALPHAD som en av metoderna för att designa legeringar. Screening av möjlig legeringselement utfördes än beräkning av varje elementeffekt undersöktes. Effekten på mekanisk förstärkning och möjlig defekt inducerad genom legering utfördes. Det visade sig att lovande kompositionlegeringar som föreslagits vara Mg-4Zn- (0,7-1,5 viktprocent) Ca - (<1 viktprocent) Sn och högre lösta ämnen i enfas kommer att resultera i ett högre hot-rivningskänslighetsindex på grund av ökande liquidus temperatur detta frysområde blir bredare och främjar nederbörd som ökar den slutliga sammansättningen av den eutektiska fasen