Effect of selective laser melting technology on the tribological properties of the prototype of intervertebral disc endoprothesis

• Autorzy: Mróz A. , Wiśniewski T. , Skalski K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ technologii selektywnego przetapiania laserowego na właściwości tribologiczne prototypowej endoprotezy krążka międzykręgowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Work on the design of a new construction of intervertebral disc prosthesis of the lumbar spine has been started; the metal components of this endoprosthesis have been manufactured of CoCrMo alloy using the technology of selective laser melting (SLM). For comparative studies, the endoprostheses have been manufactured by machining with the use of numerically controlled machine tools (CNC). The fabricated prototypes have undergone the tribological tests using the SBT-03.1 spine simulator. The aim of the study was to determine the potential of SLM technology in the fabrication process of the elements of intervertebral disc endoprosthesis and to determine the impact of this technology on friction resistance and the amount of generated wear debris.

PL

Podjęto pracę nad zaprojektowaniem nowej konstrukcji endoprotezy krążka międzykręgowego odcinka lędźwiowego kręgosłupa, której komponenty metalowe wykonano ze stopu CoCrMo przy zastosowaniu technologii selektywnego topienia laserowego (SLM). Do badań porównawczych zostały wytworzone endoprotezy metodą obróbki skrawaniem z zastosowaniem obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC). Wykonane prototypy poddano testom tribologicznym z wykorzystaniem symulatora kręgosłupa SBT-03.1. Celem pracy było określenie potencjału technologii SLM w procesie wytwarzania elementów endoprotez krążka międzykręgowego oraz określenie wpływu tej technologii na opory tarcia oraz ilość generowanych produktów zużycia.

Słowa kluczowe

EN

total disc replacement; TDR; Co28Cr6Mo alloy; selective laser melting; SLM; friction coefficient; wear

PL

całkowita endoprotezoplastyka krążka międzykręgowego; stop Co28Cr6Mo; selektywne topienie laserowe; SLM

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 2
• Strony: 24--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mróz A.

• Metal Forming Institute, Poznan, Poland

autor

Wiśniewski T.

• Metal Forming Institute, Poznan, Poland

autor

Skalski K.

• Insitute of Precision Mechanics, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Van den Broek P.R., Huyghe J.M., Wilson W., Ito K.: Design of next generation total disk replacements. „Journal of Biomechanics" 2012, 45, 1, p. 134-140.
• [2] Chin K.R.: Epidemiology of indications and contrain-dications to total disc replacement in an academic practice. „The Spine Journal" 2007, 7, p. 392-398.
• [3] De Cos Juez F.J., Sanchez Lasheras F., Ordónez Galanc C., Garcia Nietod P.J.: Study of postero-lateral lumbar arthrodesis by means of a finite element model, Mathematical and Computer Modelling. „Mathematical Models in Medicine & Engineering" 2009, 50, 5-6, p. 680-694.
• [4] Mayer H.M.: Review Article. Total lumbar disc repla-cement. „J Bone Joint Surg" (Br) 2005, 87, p. 1029-1037.
• [5] Bono C.M., Garfm S.R.: History and evolution of disc replacement. „The Spine Journal" 2004,4, p. 145-150.
• [6] Geisler F.H.: The Charite artificial disc: design history, FDA IDE study results, and the surgical technique. „Clinical Neurosurgery" 2006, 53, p. 223-228.
• [7] Łapaj Ł., Markuszewski J., Rybak T., Wierusz-Kozłowska M.: Debonding of porous coating of a threaded acetabular component: Retrieval analysis. „Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials" 2013, vol. 17, p. 107-111.
• [8] Sun D., Wharton J.A., Wood R.J.K.: Microabrasion-corrosion of cast CoCrMo alloy in simulated body flu-ids. „Wear" 2009, 267, p. 1845-1855.
• [9] Van de Kelft E., Verguts L.: Clinical Outcome of Monosegmental Total Disc Replacement for Lumbar Disc Disease with Ball-and-Socket Prosthesis (Mav-erick): Prospective Study with Four-Year Follow-up. „World Neurosurgery", vol. 78, issues 3-4, Septem-ber-October 2012, p. 355-363.
• [10] Valdevit A., Errico T.J.: Design and evaluation of the FlexiCore metal-on-metal intervertebral disc prosthe-sis. „The Spine Journal" 2004, vol. 4, issue 6, Sup-plement, p. S276-S288.
• [11] McAffe P.C.: The indications for lumbar and cervical disc replacement. „The Spine Journal" 2004, 4, 177-181.
• [12] Song Wang, Jian Song, Zhenhua Liao, Pingfa Feng, Weiqiang Liu: Comparison of wear behaviors for an artificial cervical disc under flexion/extension and axial rotation motions. „Materials Science and Engineering: C" 2016, vol. 63, p. 256-265.
• [13] Kruth J.P., Levy G., Klocke F., Childs T.H.C.: Consolidation phenomena in laser and powder-bed based layered manufacturing. „Annals of the CIRP" 2007, 56, 2, p. 730-759.
• [14] Song B., Dong S., Zhang B., Liao H., Coddet C.: Effects of processing parameters on microstructure and mechanical property of selective laser melted Ti6AI4V. „Materials and Design" 2012, 35, p. 120-125.
• [15] De Beer N., Scheffer C.: Reducing subsidence risk by using rapid manufactured patient-specific interver-tebral disc implants. „The Spine Journal" 2012, 12, 11, p. 1060-1066.
• [16] Pinheiro M., Alves J.L.: The feasibility of a custom-made endoprosthesis in mandibular reconstruction: Implant design and finite element analysis. „Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery" 2015, vol. 43, issue 10,p. 2116-2128.
• [17] Mróz A., Skalski K., Walczyk W.: New lumbar disc endoprosthesis applied to the patients's anatomie features. „Acta of Bioengineering and Biomechanics" 2015, 17,2, p. 23-32.
• [18] Kroczak P., Skalski K., Nowakowski A., Mróz A.: The accuracy of the reproduction of the lumbar spine elements following CT and MRI projections. „Archive of Mechanical Engineering" 2014, 65, 4, p. 523-538.
• [19] Mróz A., Jakubowicz J., Gierzyńska-Dolna M., Wiśniewski T., Wendland J.: Wpływ technologii wytwarzania wyrobów ze stopu Co28Cr6Mo na ich właściwości fizyczne, mechaniczne i odporność korozyjną. „Inżynieria Materiałowa" 2015, 36,1, s. 2-8.
• [20] Mróz A., Wiśniewski T., Gierzyńska-Dolna M., Magda J.: A device for testing of tribological properties of intervertebral disc endoprosthesis - SBT-03.1 simulator. „Engineering of Biomaterials" 2012, 116-117, 15, p. 5-6.
• [21] Fisher A, Weiss S., Wimmer M.A.: The tribological difference between biomedical steels and CoCrMo-alloys. „Journal of the Mechanical Behaviour of Biomedical Materials" 2012, 9, p. 50-62.

Uwagi

PL

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