Pokročilé kolenní implantáty pro třetí tisíciletí

Advanced knee implants for the third millenium

journal article - other

en

This work deals with a frequent today's problem of human joint replacements by applying of advanced radiology techniques (CT, MR, X-ray), application of powder materials and the modern additive (melting of metal powders by electron beam – EBM) and machining technologies. The main attention is devoted to the EBM used by the ARCAM Q10plus machine. A special attention is then paid to the data processing, optimization of design, technological parameters, quality of the produced materials and their post-processing, expressed by 3D topographies of the machined surfaces, machinability, mechanical and tribological properties. The studied technologies inlude turning, milling, belt grinding and tumbling, in dry conditions. In general, the material exhibits a high resistance to the machining, expressed in terms of specific cutting energies (KISTLER 9575B, Dynoware). Analyses of the samples were made to quantify the production precision and quality (electron microscopy Tescan MIRA 3GM, electron dual microscopy TermoFischer, Alicona IF G6, Mahrvision MM 420) after sintering in different technological modes. The final surface quality results in glossy surfaces (Ra< 0.04 um) with high material ratios that enhance the resistance to fatigue crack propagations. The results are very encouraging because this advanced technology (starting at the basic surgical inspections up to the operation with advanced taylor-made implant) can offer an optimized implant that prevails in superior mechanical properties, light mass and excellent mechanical properties. Moreover, a bigger ratio of the original bone can be preserved so a longer life of the implants and reduction of re-operations and after-effects can be expected.

Tato práce se zabývá častým dnešním problémem náhrady kloubů člověka použitím pokročilých radiologických technik (CT, MR, rentgen), aplikací práškových materiálů a moderních technologií (tavení kovových prášků elektronovým paprskem – EBM) a technologií obrábění. Hlavní pozornost je věnována EBM používaného u stroje ARCAM Q10 plus. Zvláštní pozornost je pak věnována zpracování dat, optimalizaci návrhu, parametrům procesu, kvalitě vyráběných materiálů a jejich následnému zpracování vyjádřeného 3D topografiemi obráběných povrchů, obrobitelnosti, mechanických a tribologických vlastností. Studie zahrnují technologie soustružení, frézování, pásové broušení a omílání v suchých podmínkách. Obecně vykazuje materiál vysokou odolnost vůči obrábění, vyjádřenou pomocí specifických řezných energií (KISTLER 9575B, Dynoware). Analýzy vzorků byly provedeny pro kvantifikaci přesnosti a kvality výroby (elektronová mikroskopie Tescan MIRA 3GM, duální elektronová mikroskopie TermoFischer, Alicona IF G6, Mahrvision MM 420) po slinování v různých režimech. Výsledná kvalita povrchu vede k vysoce lesklým povrchům (Ra <0,04 μm) s vysokými materiálovými poměry, které zvyšují odolnost proti šíření únavových trhlin. Výsledky jsou velmi prominentní díky této pokročilé technologii a mohou být použity v mnoha případech. Kromě toho lze očekávat větší poměr původní kosti k delší životnosti implantátů a lze očekávat snížení opakovaných operací a následných efektů.

This work deals with a frequent today's problem of human joint replacements by applying of advanced radiology techniques (CT, MR, X-ray), application of powder materials and the modern additive (melting of metal powders by electron beam – EBM) and machining technologies. The main attention is devoted to the EBM used by the ARCAM Q10plus machine. A special attention is then paid to the data processing, optimization of design, technological parameters, quality of the produced materials and their post-processing, expressed by 3D topographies of the machined surfaces, machinability, mechanical and tribological properties. The studied technologies inlude turning, milling, belt grinding and tumbling, in dry conditions. In general, the material exhibits a high resistance to the machining, expressed in terms of specific cutting energies (KISTLER 9575B, Dynoware). Analyses of the samples were made to quantify the production precision and quality (electron microscopy Tescan MIRA 3GM, electron dual microscopy TermoFischer, Alicona IF G6, Mahrvision MM 420) after sintering in different technological modes. The final surface quality results in glossy surfaces (Ra< 0.04 um) with high material ratios that enhance the resistance to fatigue crack propagations. The results are very encouraging because this advanced technology (starting at the basic surgical inspections up to the operation with advanced taylor-made implant) can offer an optimized implant that prevails in superior mechanical properties, light mass and excellent mechanical properties. Moreover, a bigger ratio of the original bone can be preserved so a longer life of the implants and reduction of re-operations and after-effects can be expected.

koleno. implant8t; EBM; titan;CT

knee. implant; EBM; titan;CT

25.03.2019

Conference Series IIc LTD - UK

London

2169-0022

8

March 2019

20–21

2