Selective Laser Sintering And Melting of Pristine Titanium and Titanium Ti6Al4V Alloy Powders and Selection of Chemical Environment for Etching of Such Materials

• Autorzy: Dobrzański L. A. , Dobrzańska-Danikiewicz A. D. , Gaweł T. G. , Achtelik-Franczak A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0346

Warianty tytułu

PL

Selektywne spiekanie i topienie laserowe proszków czystego tytanu i jego stopu Ti6Al4V oraz dobór środowiska chemicznego do trawienia tych materiałów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the investigations described in this article is to present a selective laser sintering and melting technology to fabricate metallic scaffolds made of pristine titanium and titanium Ti6Al4V alloy powders. Titanium scaffolds with different properties and structure were manufactured with this technique using appropriate conditions, notably laser power and laser beam size. The purpose of such elements is to replace the missing pieces of bones, mainly cranial and facial bones in the implantation treatment process. All the samples for the investigations were designed in CAD/CAM (3D MARCARM ENGINEERING AutoFab (Software for Manufacturing Applications) software suitably integrated with an SLS/SLM system. Cube-shaped test samples dimensioned 10×10×10 mm were designed for the investigations using a hexagon-shaped base cell. The so designed 3D models were transferred to the machine software and the actual rapid manufacturing process was commenced. The samples produced according to the laser sintering technology were subjected to chemical processing consisting of etching the scaffolds’ surface in different chemical mediums. Etching was carried out to remove the loosely bound powder from the surface of scaffolds, which might detach from their surface during implantation treatment and travel elsewhere in an organism. The scaffolds created were subjected to micro- and spectroscopic examinations

PL

Celem badań, opisanych w niniejszym artykule jest zaprezentowanie technologii selektywnego spiekania i topienia laserowego w celu wytworzenia metalowych scaffoldów z proszków: czystego tytanu oraz jego stopu Ti6Al4V. Techniką tą przy zastosowaniu odpowiednich warunków wytwarzania między innymi mocy lasera i wielkości plamki lasera wytworzono tytanowe scaffoldy o różnych własnościach i strukturze. Tego typu elementy mają za zadanie zastąpić brakujące fragmenty kości głównie kości szczękowo-twarzowych w procesie leczenia implantacyjnego. Wszystkie próbki do badań zaprojektowano w odpowiednio zintegrowanym z systemem SLS/SLM oprogramowaniem CAD/CAM (3D MARCARM ENGINEERING AutoFab, Software for Manufacturing Applications). Przy wykorzystaniu komórki bazowej o kształcie heksagonalnym zaprojektowano próbki do badań w kształcie sześcianu o wymiarach 10×10×10 mm. Tak zaprojektowane trójwymiarowe modele przetransportowano do oprogramowania maszyny gdzie rozpoczęto właściwy proces wytwarzania przyrostowego. Wykonane w technologii spiekania laserowego próbki poddano obróbce chemicznej polegającej na trawieniu powierzchni scaffoldów, w różnych ośrodkach chemicznych. Trawienie wykonano w celu usunięcia z powierzchni scaffoldów luźno związanego proszku, który mógłby podczas leczenia implantacyjnego oderwać się od ich powierzchni i przedostać się w inne miejsce organizmu. Wytworzone scaffoldy poddano badaniom mikro- i spektroskopowym.

Słowa kluczowe

EN

selective laser sintering and melting; pristine of titanium; titanium Ti6Al4V alloy; scaffolds

PL

selektywne spiekanie/topienie laserowe; proszki czystego tytanu; stop tytanu TI6AL4V; scaffoldy

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3A
• Strony: 2040--2045
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dobrzański L. A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Dobrzańska-Danikiewicz A. D.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Gaweł T. G.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Achtelik-Franczak A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] L. Lu, J. Fuh, Y. Wong, Kluwer Publishers, Dordrecht, (2001).
• [2] L.A. Dobrzański, A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, P. Malara, T.G. Gaweł, L.B. Dobrzański, A. Achtelik, Arch Metall Mater 60/1, 1065-1070 (2015).
• [3] T. Wȩgrzyn, R. Wieszała, Arch Metall Mater 57/1, 45-52 (2012).
• [4] J. Dobrodziej, J. Wojutyński, K. Matecki, J. Michalski, J. Tacikowski, P. Wach, J. Ratajski, R. Olik, Surf. Eng. 2 (in Polish), 34-45 (2009).
• [5] L. A. Dobrzański, A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, T. G. Gaweł, Paper of FIMPART 2015 Conference Hyderabad India, in press.
• [6] S. Kumar, JOM 55/10, 43-47 (2003).
• [7] M. Chuchro, J. Czekaj, A. Ruszaj, Mechanic 12 (in Polish), 1064 (2008),
• [8] M. Klimek, Prosthetics 12 (in Polish), 47-55 (2012).
• [9] L. A. Dobrzański, G. Matula, OAL 8/4 (in Polish), 1-15 (2012).
• [10] L. S. Bertol, W. K. Júnior, F. P. da Silva, C. A. Kopp, Mater. Des. 31, 3982-3988 (2010).
• [11] L. Ciocca, M. Fantini, F. De Crescenzio, G. Corinaldesi, R. Scott, Med. Biol. Eng. Comput. 49, 1347-1352 (2011).
• [12] A. Mazzoli, Med. Biol. Eng. Comput. 51 (2013) 245-256.
• [13] A. Bandyopadhyay, F. Espana, V.K. Balla, S.Bose, Y. Ohgami, N.M. Davies, Acta. Biomater. 6, 1640-1648 (2010).
• [14] S. Van Bael, Y. C. Chai, S. Truscello, M. Moesen, Acta. Biomater. 8/7, 2824-2834 (2012).
• [15] I. Shishkovsky, V. Scherbakov, Phys. Procedia. 39, 491-499 (2012).
• [16] Marcarm Enginnering GmBH, Software documentation Version 1.2, (2009).
• [17] International project entitled “Investigations of structure and properties of newly created porous biomimetic materials fabricated by selective laser sintering BIOLASIN” headed by Prof. L.A. Dobrzański funded by the Polish National Science Centre under the decision DEC-2013/08/M/ST8/00818.
• [18] R. Dyra, J. Dyra, Oberon Tool Forum (in Polish) 03/44, 42-45 (2010).
• [19] M. Miecielica, Mechanical Overview (in Polish) 2, 39-45 (2010).
• [20] G. Budzik, D. Pająk, M. Magniszewski, W. Budzik, STEEL Metals & New Technologies (in Polish) 1-2, 78-79 (2011).
• [21] L.A. Dobrzański, A. Achtelik-Franczak, M. Król, J Achiev. Mater. Manufact. Eng. 60/2, 66-75 (2013).
• [22] M. Król, L.A. Dobrzański, Ł. Reimann, I. Czaja, ACMSSE 60/2, 87-92 (2013).
• [23] A. Dobrzański, G. Matula, OAL (in polish) 8/12, (2012).
• [24] L. A. Dobrzański, A. D. Dobrzańska-Danikiewicz, P. Malara, T. G. Gaweł, L. B. Dobrzański, A. Achtelik, Patent application no. P.411689, Polish Patent Office.
• [25] S. V. Bael, G. Kerckhofs, M. Moesen, G. Pyka, J. Schrooten, J. P. Kruth, Mater. Sci. Eng. A 528, 7423-7431 (2011).
• [26] G. Pyka, A. Burakowski, G. Kerckhofs, M. Moesen, S. V. Bael, J. Schrooten, M. Wevers, Advanced. Eng. Mater. 14/6, 1-8 (2012).

Uwagi

EN

The works have been implemented within the framework of the BIOLASIN project entitled “Investigations of structure and properties of newly created porous biomimetic materials fabricated by selective laser sintering” headed by Prof. L.A. Dobrzański, funded by the Polish National Science Centre in the framework of the “Harmony 4” competitions. The project was awarded a subsidy under the decision DEC -2013/08/M/ST8/00818