Tribological Properties of 3D Printed Materials in Total Knee Endoprosthesis
Loading...
Date
2024-04-30
Authors
Varhaník, Matúš
Sedlák, Josef
Studený, Zbyněk
Janigová, Patrícia
Chromjaková, Felicita
0000-0001-8108-0070Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
UJEP
Altmetrics
Abstract
The submitted paper deals with biotribological contact in total knee arthroplasty. The goal was to evaluate the influence of the metal component production technology on tribological parameters in defined environments. The reference sample was a standard available test ball made of the subject material, used in testing tribological properties by the "Ball on Pin" method. The preparation of the experiment consisted in the production of test disks from UHMWPE (Ultra High Molecural Weight Polyethylene) material and the production of a metal test component with a spherical surface. The condition of the experiment and the basis of this contribution is to compare the properties of conventionally produced metal material against 3D printing. Using the SLM method, a sample with a semi-spherical surface on a cylindrical shank was produced, which was subsequently ground and polished to reflect the characteristics of the standard supplied test ball. The last step was the production of a suitable fixture in order to fit the sample into the tribometer. The so- called dry friction of the heterogeneous Ti6Al4V-UHMWPE pair and the friction in a biological lubricating environment represented by bovine serum were evaluated. The evaluation of the contact surfaces took place using a profilometer and an electron microscope. The coefficient of friction was determined directly from the test device - tribometer.
Předložený příspěvek se zabývá biotribologickým kontaktem při totální endoprotéze kolenního kloubu. Cílem bylo zhodnotit vliv technologie výroby kovových součástí na tribologické parametry v definovaných prostředích. Referenčním vzorkem byla standardně dostupná zkušební kulička vyrobená z předmětného materiálu, používaná při testování tribologických vlastností metodou "Ball on Pin". Příprava experimentu spočívala ve výrobě zkušebních disků z materiálu UHMWPE (Ultra High Molecural Weight Polyethylene) a výrobě kovové zkušební součásti s kulovým povrchem. Podmínkou experimentu a základem tohoto příspěvku je porovnání vlastností konvenčně vyráběného kovového materiálu s 3D tiskem. Metodou SLM byl vyroben vzorek s polosférickým povrchem na válcové stopce, který byl následně broušen a leštěn tak, aby odrážel vlastnosti standardně dodávané zkušební koule. Posledním krokem byla výroba vhodného přípravku, aby bylo možné vzorek umístit do tribometru. Bylo vyhodnoceno tzv. suché tření heterogenní dvojice Ti6Al4V-UHMWPE a tření v biologickém mazacím prostředí reprezentovaném hovězím sérem. Hodnocení styčných ploch probíhalo pomocí profilometru a elektronového mikroskopu. Součinitel tření byl stanoven přímo ze zkušebního zařízení - tribometru.
Předložený příspěvek se zabývá biotribologickým kontaktem při totální endoprotéze kolenního kloubu. Cílem bylo zhodnotit vliv technologie výroby kovových součástí na tribologické parametry v definovaných prostředích. Referenčním vzorkem byla standardně dostupná zkušební kulička vyrobená z předmětného materiálu, používaná při testování tribologických vlastností metodou "Ball on Pin". Příprava experimentu spočívala ve výrobě zkušebních disků z materiálu UHMWPE (Ultra High Molecural Weight Polyethylene) a výrobě kovové zkušební součásti s kulovým povrchem. Podmínkou experimentu a základem tohoto příspěvku je porovnání vlastností konvenčně vyráběného kovového materiálu s 3D tiskem. Metodou SLM byl vyroben vzorek s polosférickým povrchem na válcové stopce, který byl následně broušen a leštěn tak, aby odrážel vlastnosti standardně dodávané zkušební koule. Posledním krokem byla výroba vhodného přípravku, aby bylo možné vzorek umístit do tribometru. Bylo vyhodnoceno tzv. suché tření heterogenní dvojice Ti6Al4V-UHMWPE a tření v biologickém mazacím prostředí reprezentovaném hovězím sérem. Hodnocení styčných ploch probíhalo pomocí profilometru a elektronového mikroskopu. Součinitel tření byl stanoven přímo ze zkušebního zařízení - tribometru.
Description
Citation
Manufacturing TECHNOLOGY. 2024, vol. 24, issue 2, p. 294-306.
https://journalmt.com/artkey/mft-202402-0011_tribological-properties-of-3d-printed-materials-in-total-knee-endoprosthesis.php
https://journalmt.com/artkey/mft-202402-0011_tribological-properties-of-3d-printed-materials-in-total-knee-endoprosthesis.php
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/