Fabrication Of Scaffolds From Ti6Al4V Powders Using The Computer Aided Laser Method

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

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0260

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie scaffoldów z proszków Ti6Al4V z użyciem komputerowo wspomaganej metody laserowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research, the results of which are presented in the paper, is to fabricate, by Selective Laser Melting (SLM), a metallic scaffold with Ti6Al4V powder based on a virtual model corresponding to the actual loss of a patient’s craniofacial bone. A plaster cast was made for a patient with a palate recess, and the cast was then scanned with a 3D scanner to create a virtual 3D model of a palate recess, according to which a 3D model of a solid implant was created using specialist software. The virtual 3D solid implant model was converted into a 3D porous implant model after designing an individual shape of the unit cell conditioning the size and three-dimensional shape of the scaffold pores by multiplication of unit cells. The data concerning a virtual 3D porous implant model was transferred into a selective laser melting (SLM) device and a metallic scaffold was produced from Ti6Al4V powder with this machine, which was subjected to surface treatment by chemical etching. An object with certain initially adopted assumptions, i.e. shape and geometric dimensions, was finally achieved, which perfectly matches the patient bone recesses. The scaffold created was subjected to micro-and spectroscopic examinations.

PL

Celem badań, których wyniki zaprezentowano w artykule jest wytworzenie, metodą selektywnego topienia laserowego (SLM), scaffoldu metalowego z proszku Ti6Al4V na podstawie wirtualnego modelu odpowiadającego rzeczywistemu ubytkowi kości twarzoczaszki pacjenta. Od pacjenta z ubytkiem podniebienia pobierano wycisk gipsowy, który następnie zeskanowano za pomocą skanera 3D, w celu uzyskania wirtualnego modelu 3D ubytku podniebienia, na podstawie którego z użyciem specjalistycznego oprogramowania utworzono model 3D litego implantu. Po zaprojektowaniu indywidualnego kształtu komórki jednostkowej, determinującej wielkość i trójwymiarowy kształt porów scaffoldu, poprzez multiplikację komórek jednostkowych przekształcono wirtualny model 3D implantu litego w model 3D implantu porowatego. Dane dotyczące wirtualnego modelu 3D implantu porowatego przetransferowano do urządzenia służącego do selektywnego topienia laserowego (SLM) i z użyciem tej maszyny z proszku Ti6Al4V wytworzono metalowy scaffold, który poddano obróbce powierzchniowej poprzez trawienie chemiczne. Finalnie otrzymano obiekt o założonych na wstępie: kształcie i wymiarach geometrycznych, które idealnie odpowiadają ubytkowi kości pacjenta. Wytworzony scaffold poddano badaniom mikro i spektroskopowym.

Słowa kluczowe

EN

biomimetic materials; CAMD; scaffolds; SLM; Ti6Al4V powders; SEM; EDS

PL

materiały biomimetyczne; CAMD; scaffoldy; selektywne topienie laserowe; proszki Ti6Al4V; SEM; EDS

• 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. 2A
• Strony: 1065--1070
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dobrzański L. A.

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

autor

Dobrzańska-Danikiewicz A. D.

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

autor

Malara P.

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

autor

Gaweł T. G.

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

autor

Dobrzański L. B.

• Center of Medicine and Dentistry Sobieski, Jana III Sobieskiego 12/1 Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Achtelik-Franczak A.

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

Bibliografia

• [1] 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.
• [2] T. Węgrzyn, R. Wieszała, Arch. Metall. Mater. 57/1, 45-52 (2012).
• [3] T. Węgrzyn, J. Piwnik, B. Łazarz, R. Wieszała, D. Hadryś, Arch. Metall. Mater. 54/2, 86-92 (2012).
• [4] L.A. Dobrzański, A.D. Dobrzańska-Danikiewicz, P. Malara, T.G. Gaweł, L.B. Dobrzański, A. Achtelik, Polish patent claim; Application signature given by Silesian University of Technology: RR10/Pat1364/2015 from 18th March 2015.
• [5] A. Kaźnica, R. Joachimiak, T. Drewa1, T. Rawo, J. Deszczyński, Artroskopia i Chirurgia Stawów 3/3, 11-16 (2007) (in Polish).
• [6] N. Evans, E. Gentelman, J. Polak, Mater Today 9/12, 26-33 (2006).
• [7] S. Ramakrishna, J. Mayer, E. Wintermantel, K.W. Leong, Compos Sci Technol 61, 1189-1224 (2001).
• [8] S. Padilla, S. Sanchez-Salcedo, M. Vallet-Regi, J of Biomed Mater Res A 81A, 224-32 (2006).
• [9] M. Schieker, H. Seitz, I. Drosse, S. Seitz, W. Mutschler, Eur J Trauma 32, 114-124 (2006).
• [10] N. Guo, Mn C. Leu, Frontiers Mech. Eng. 8/3, 215-243 (2013).
• [11] S.V. Bael, G. Kerckhofs, M. Moesen, G. Pyka, J. Schrooten, J.P. Kruth, Mater. Sci. Eng. A 528, 7423-7431 (2011).
• [12] G. Pyka, A. Burakowski, G. Kerckhofs, M. Moesen, S.V. Bael, J. Schrooten, M. Wevers, Advanced Eng. Mater. 14/6, 1-8 (2012).
• [13] L.A. Dobrzański, A. Achtelik-Franczak, M. Król, J Achiev Mater. Manufact Eng. 60/2, 66-75 (2013).
• [14] M. Król, L.A. Dobrzański, Ł. Reimann, I. Czaja, ACMSSE 60/2, 87-92 (2013).
• [15] L.A. Dobrzański, G. Matula, Open Access Library 8/12, (2012) (in Polish).
• [16] P. Zimniak, Chemical Engineering and Equipment 5/49, 148-149 (2010) (in Polish).
• [17] R. Dyra, J. Dyra, Oberon Tool Forum 03/44, 42-45 (2010) (in Polish).
• [18] M. Miecielica, Mechanical Overview 2, 39-45 (2010) (in Polish).
• [19] G. Budzik, D. Pająk, M. Magniszewski, W. Budzik, STEEL Metals New Technologies 1-2, 78-79 (2011) (in Polish).

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.

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.