Laser surface texturing of titanium alloys for biomedical applications

• Autorzy: Antoszewski B. , Tofil S. , Krzywicka M.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.16.113.5724

Warianty tytułu

PL

Laserowe teksturowanie elementów ze stopów tytanu do zastosowań biomedycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the methodology and results of laser surface texturing of the Ti6Al7Nb alloy. Laser treatment was carried out by means of a laser TruMicro 5325c Trumpf with a wavelength of 343 nm and a pulse duration of 6.2 ps. The impact of pulse frequency, scanning speed of a laser beam and laser power on the shape and dimensions of texture was studied. By selecting a suitable shape, size and density of laser texture for the surface of titanium alloys applied in knee replacement it is possible to reduce the coefficient of friction and wear of polyethylene to increase the osseointegration and adhesion of the coatings.

PL

W artykule przedstawiono metodykę oraz wyniki badań laserowego teksturowania powierzchni elementów ze stopu Ti6Al7Nb. Obróbkę laserową wykonano z zastosowaniem lasera TruMicro 5325c Trumpf o długości fali 343 nm i czasie trwania impulsu 6,2 ps. Badano wpływ częstotliwości, prędkości skanowania oraz mocy wiązki laserowej na kształt i wymiary elementu tekstury. Poprzez wybór odpowiedniego kształtu, wymiarów oraz zagęszczenia elementów tekstury możliwe jest zmniejszenie współczynnika tarcia oraz zużycia panewki polietylenowej w protezie stawu kolanowego, w ten sposób można też poprawić osteointegrację i przyczepności powłok.

Słowa kluczowe

EN

laser micromachining; texturing; titanium alloys

PL

mikroobróbka laserowa; teksturowanie; stopy tytanu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2016
• Tom: Y. 113, iss. 3-M
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Antoszewski B.

• Centre for Laser of Metals, Faculty of Mechatronics and Machine Design, Kielce University of Technology

autor

Tofil S.

• Centre for Laser of Metals, Faculty of Mechatronics and Machine Design, Kielce University of Technology

autor

Krzywicka M.

• Fundamentals of Technology Chair, Faculty of Production Engineering, University of Life Sciences in Lublin

Bibliografia

• [1] Widuchowski J., Kolano. Endoprotezoplastyka ‒ całkowita wymiana stawu, Sport&Med, Katowice 2001 [in Polish].
• [2] Gierzyńska-Dolna M., Nabrdalik M., Procesy zużycia endoprotez stawu kolanowego, Inżynieria Materiałowa, 5, 2005, 661-663 [in Polish].
• [3] Cunha A., Serro A.P., Oliveira V., Almeida A., Vilar R., Durrieu M.Ch., Wetting behaviour of femtosecond laser textured Ti-6Al-4V surfaces, Applied Surface Science, 265, 2013, 688-696.
• [4] Antoszewski B., Radek N., Ocena wpływu zwilżalności na właściwości tribologiczne powierzchni z teksturą, Tribologia, 3, 2012, 13-20.
• [5] Bereznai M., Pelsoczi I., Toth Z., Turzo K., Radnai M., Bor Z., Fazekas A., Surface modifications induced by ns and sub-ps excimer laser pulses on titanium implant material, Biomaterials, 24, 2003, 4197-4203.
• [6] Qin L., Lin P., Zhang Y., Dong G., Zeng Q., Influence of surface wettability on the tribological properties of laser textured Co‒Cr‒Mo alloy in aqueous bovine serum albumin solution, Applied Surface Science, 268, 2013, 79-86.
• [7] Tianchang H., Litian H., Qi D., Effective solution for the tribological problems of Ti6Al-4V: Combination of laser surface texturing and solid lubricant film, Surface&Coatings Technology, 206, 2012, 5060-5066.
• [8] Mirhosseini N., Crouse P.L., Schmidth M.J.J., Lia L., Garrod D., Laser surface micro-texturing of Ti-6Al-4V substrates for improved cell integration, Applied Surface Science, 19, 2007, 7738-7743.
• [9] Chen J., Bly R.A., Saad M.M., AlKhodary M.M., El-Backly R.M., Cohen D.J., Kattamis N., Fatta M.M., Moore W.A., Arnold C.B., Marei M.K., Soboyejo W.O., In-vivo study of adhesion and bone growth around implanted laser groove/RGD-functionalized Ti-6Al-4V pins in rabbit femurs, Materials Science and Engineering, 31, 2011, 826-832.
• [10] Götz H.E., Müller M., Emmel A., Holzwarth U., Erben R.G., Stangl R., Effect of surface finish on the osseointegration of laser-treated titanium alloy implants, Biomaterials, 25, 2004, 4057-4064.
• [11] Bobyn J.D., Pilliar R.M., Cameron H.U., Weatherly G.C., The optimum pore size for the fixation of porous-surfaced metal implants by the ingrowth of bone, Clinical Orthopaedics and Related Research, 150, 1980, 263-70.
• [12] Radek N., Antoszewski B., The influence of laser treatment on the properties of electro-spark deposited coatings, Kovove Materialy-Metallic Materials, 47(1), 2009, 31-38.
• [13] Li J., Liao H., Fartash B., Hermansson L., Johnsson T., Surfacedimpled commercially pure titanium implant and bone ingrowth, Biomaterials, 18, 1997, 691-696.
• [14] Ahuir-Torres J.I., Hernández-López J.M., Arenas M.A., Conde A., de Damborenea J., Synthesis of TiO2 nanopore arrays by pulsed laser treatment and anodic oxidation, Surface and Coatings Technology, 25, 2014, 408-414.
• [15] Dahotre N.B., Paital S.R., Samant A.N., Daniel C., Wetting behaviour of laser synthetic surface microtextures on Ti-6Al-4V for bioapplication, Philosophical Transactions of the Royal Society, A 368, 2010, 1863-1889.
• [16] Hao L., Lawrence J., Li L., Manipulation of the osteoblast response to a Ti-6Al-4V titanium alloy using a high power diode laser, Applied Surface Science, 247 (1-4), 2005, 602-606.
• [17] Anselme K., Osteoblast adhesion on biomaterials, Biomaterials, 7, 2000, 667-681.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)