Analýza technologie tavení práškové slitiny Ti6Al4V-ELI elektronovým paprskem, obrábění a kvality povrchu pro implantáty

On the analysis of Ti6Al4V-ELI powder material, electron beam technology and machining on quality of machined implant surfaces

conference paper

en

This work contributes to the problem of individual replacements of worn human joints by applying new types of implants and materials, made using modern additive technologies (melting of metal powders by laser and electron beam). The main attention is paid to the method called Electron Beam Melting used with the ARCAM Q10plus machine. Analyses of the sintered Ti6Al4V – ELI alloy samples were made from the point of view of production precision and quality (electron microscopy Tescan MIRA 3GM, Alicona IF G5, Mahrvision MM 420) after sintering in different technological modes and the surface quality reached after turning and tumbling (OTEC, machine DF5], including measurement and calculations of other physical quantities. The results confirm an important effect of sample inclination in the chamber when building on the precision of the shape and quality of the surface. Furthermore, the material exhibits high resistance to machining, expressed in terms of force loading and specific cutting forces (KISTLER dynamometer 9575B, Dynoware), measured for a range of feed per rotation 0.05-0.40mm, cutting speed 48 m/min, depth of cut 1.0 mm and use of coated cemented carbides (CNMG 120404ER-SI 8030/ PCLNR 2020 K 12, in dry cutting conditions. Nevertheless, a high quality after machining can be reached. The quality can be improved more by two-steps tumbling technology so finally a glossy surfaces (Ra< 0.036 m) with high material ratio (Abbot-Firestone curves) were found.

Tato práce přispívá k problému individuální náhrady opotřebovaných lidských kloubů aplikací nových typů implantátů a materiálů vyrobených pomocí moderních technologií aditiv (tavení kovových prášků laserovým a elektronovým paprskem). Hlavní pozornost je věnována metodě tzv. Electron Beam Melting, která se používá u stroje ARCAM Q10plus. Analýzy slinutých vzorků slitin Ti6Al4V – ELI byly provedeny z hlediska přesnosti a kvality výroby (elektronová mikroskopie Tescan MIRA 3GM, Alicona IF G5, Mahrvision MM 420) po slinování v různých technologických režimech a dosažení kvality povrchu po otočení a (OTEC, stroj DF5), včetně měření a výpočtů jiných fyzikálních veličin. Výsledky potvrzují významný účinek sklonu vzorku v komoře, když se opírá o přesnost tvaru a kvality povrchu.Mimo to materiál vykazuje vysokou odolnost proti obrábění (KISTLER dynamometer 9575B, Dynoware), měřeno pro rozsah přísuvu na otáčku 0,05-0,40 mm, rychlost řezání 48 m / min, hloubka řezu 1,0 mm a použití povlaku (CNMG 120404ER-SI 8030 / PCLNR 2020 K 12 v podmínkách suchého řezu.) Nicméně může být dosaženo vysoké kvality po obrábění díky technologií dvoustupňovému omílání, takže byly nalezeny kvalitní povrchy (Ra <0,036 m) s vysokým poměrem materiálu (křivky Abbot-Firestone).

This work contributes to the problem of individual replacements of worn human joints by applying new types of implants and materials, made using modern additive technologies (melting of metal powders by laser and electron beam). The main attention is paid to the method called Electron Beam Melting used with the ARCAM Q10plus machine. Analyses of the sintered Ti6Al4V – ELI alloy samples were made from the point of view of production precision and quality (electron microscopy Tescan MIRA 3GM, Alicona IF G5, Mahrvision MM 420) after sintering in different technological modes and the surface quality reached after turning and tumbling (OTEC, machine DF5], including measurement and calculations of other physical quantities. The results confirm an important effect of sample inclination in the chamber when building on the precision of the shape and quality of the surface. Furthermore, the material exhibits high resistance to machining, expressed in terms of force loading and specific cutting forces (KISTLER dynamometer 9575B, Dynoware), measured for a range of feed per rotation 0.05-0.40mm, cutting speed 48 m/min, depth of cut 1.0 mm and use of coated cemented carbides (CNMG 120404ER-SI 8030/ PCLNR 2020 K 12, in dry cutting conditions. Nevertheless, a high quality after machining can be reached. The quality can be improved more by two-steps tumbling technology so finally a glossy surfaces (Ra< 0.036 m) with high material ratio (Abbot-Firestone curves) were found.

Titan; EBM; obrábění; povrch.

Titanium; EBM; cutting; surface.

20.08.2018

VBRI Press

Stockholm

978-91-88252-12-8

European Advanced Material Congress 2018

1.

257–258

2