Pokročilé kolenní implantáty v třetím tisíciletí

Advanced knee implants for the third millennium

lecture

en

This work deals with today’s frequent 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 include 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 soudobým častým problémem nahrazení lidských kloubů s použitím pokročilých radiologických technik (CT, MR, rentgen), aplikací práškových materiálů a moderních aditiv (tavení kovových prášků elektronovým paprskem – EBM) a technologií obrábění. Hlavní pozornost je věnována EBM používaného ve stroji ARCAM Q10plus. Zvláštní pozornost je pak věnována zpracování dat, optimalizaci designu, technologickým parametrům, kvalitě vyráběných materiálů a jejich následnému zpracování, vyjádřených 3D topografiemi obrobených povrchů, obrobitelnosti, mechanických a tribologických vlastnostech. Mezi studované technologie patří soustružení, frézování, pásové broušení a omílání v suchých podmínkách. Obecně má materiál vysokou odolnost vůči obrábění, vyjádřenou jako měrné energie řezání (KISTLER 9575B, Dynoware). Analýzy vzorků byly provedeny pro kvantifikaci přesnosti a kvality výroby (elektronová mikroskopie Tescan MIRA 3GM, elektronová duální mikroskopie TermoFischer, Alicona IF G6, Mahrvision MM 420) po sintrování v různých technologických režimech. Výsledná kvalita povrchu vede k lesklým povrchům (Ra <0,04 um) s vysokými poměry materiálů, které zvyšují odolnost proti šíření únavových trhlin. Výsledky jsou velmi povzbudivé, protože tato pokročilá technologie (počínaje základními chirurgickými kontrolami až po provoz s pokročilým implantátem vyrobeným na míru) může nabídnout optimalizovaný implantát, který převládá ve vynikajících mechanických vlastnostech, nízké hmotnosti a výborných mechanických vlastnostech. Kromě toho lze zachovat větší poměr původní kosti, takže lze očekávat delší životnost implantátů a snížení opakovaných operací a následných účinků.

This work deals with today’s frequent 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 include 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.

implantát, koleno, EBM, titan

implant, knee, EBM, titanium

30.07.2019

OMICS International

UK London

2169-0022

8

2

1–1

1