Analýza obráběných povrchů implantátů Ti6Al4V-ELI zhotovenáých pomocí elektronového paprsku

Analysis of machined electron beam treated Ti6Al4V-ELI implant surfaces

journal article - other

en

This work contributes to the problem of individual replacements of 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 after sintering in different technological modes and the surface quality reached after turning and tumbling, including measurement 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. The tensile strengths were high (up to 1,012 MPa) and statistically consistent. Furthermore, the material exhibited high resistance to machining, expressed in terms of force loading and specific cutting forces, 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, in dry cutting conditions. Nevertheless, 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 um) with high material ratios (Abbot-Firestone curves) and convenient tribological properties were found. Ongoing research is focused on studies of milling and belt grinding technology and fatigue properties in tensile R 0.1 mode of loading.

Tato práce přispívá k problematice individuálních náhrad lidských kloubů použitím nových typů implantátů a materiálů, vyrobených pomocí moderních aditivních technologií (tavení kovových prášků laserem a elektronovým svazkem). Hlavní pozornost je věnována metodě tzv. Electron Beam Melting používanou se strojem ARCAM Q10plus. Analýzy slinutých vzorků slitin Ti6Al4V – ELI byly provedeny z hlediska přesnosti výroby a kvality po slinování v různých technologických režimech a kvality povrchu po otočení a převrácení, včetně měření dalších fyzikálních veličin. Výsledky potvrzují důležitý vliv sklonu vzorku v komoře při stavbě na přesnosti tvaru a kvality povrchu. Pevnosti v tahu byly vysoké (až 1 012 MPa) a statisticky konzistentní. Kromě toho vykazoval materiál vysokou odolnost vůči obrábění, vyjádřenou jako silové zatížení a specifické řezné síly, měřené pro rozsah posuvu na otáčku 0,05-0,40 mm, řeznou rychlost 48 m / min, hloubku řezu 1,0 mm a použití potaženého materiálu slinutých karbidů v podmínkách suchého řezání. Lze však dosáhnout vysoké kvality po obrábění. Kvalita může být vylepšena technologií dvoustupňového omílání, takže nakonec byly nalezeny lesklé povrchy (Ra <0,036 um) s vysokými poměry materiálu (křivky Abbot-Firestone) a vhodnými tribologickými vlastnostmi. Návazný výzkum je zaměřen na studium technologie frézování a broušení pásů a únavových vlastností v režimu zatížení R 0.1.

This work contributes to the problem of individual replacements of 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 after sintering in different technological modes and the surface quality reached after turning and tumbling, including measurement 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. The tensile strengths were high (up to 1,012 MPa) and statistically consistent. Furthermore, the material exhibited high resistance to machining, expressed in terms of force loading and specific cutting forces, 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, in dry cutting conditions. Nevertheless, 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 um) with high material ratios (Abbot-Firestone curves) and convenient tribological properties were found. Ongoing research is focused on studies of milling and belt grinding technology and fatigue properties in tensile R 0.1 mode of loading.

koleno; implant; povrch; technologie; titan

knee; implant; surface; technology; titanium

10.06.2019

VBRI Press

Stockholm, Sweden

0976-3961

Volume 10

6

381–385

5