Original title: Pokročilá výroba individuálních ortopedických implantátů technologií selektivního tavení laserem
Translated title: Advanced Fabrication of Custom Orthopaedic Implants Using Selective Laser Melting Technology
Authors: Trubačová, Pavlína ; Sedlák, Josef (referee) ; Píška, Miroslav (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2016
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Tato práce popisuje inovativní metodu výroby personalizovaných ortopedických implantátů pomocí aditivní technologie, konkrétně metodou Selective Laser Melting (SLM). Největší důraz byl kladen na výrobu prototypu kolenního implantátu a především na jeho femorální komponentu. Studie se zabývala třemi hlavními problematikami spojenými s použitím aditivní technologie v lékařských aplikacích. Za prvé po provedení teoretické analýzy výrobních technologií spékání laserem pro výrobu implantátů byly provedeny technologické zkoušky biokompatibilních titanových vzorků vyrobených technologií SLM a měření jejich mechanických vlastností. Byl zkoumán i vliv procesních parametrů technologie SLM na výsledné mechanické vlastnosti. Zadruhé byl vytvořen návrh nového způsobu výroby prototypu implantátu pomocí technologie SLM. To znamenalo vypracování konkrétního postupu, jak z CT-skenu kolenního kloubu získat CAD model personalizované femorální komponenty, která bude svým tvarem odpovídat reálnému tvaru femuru. Výstupem této části práce byla SLM výroba prototypu tohoto implantátu. Poslední problematikou práce bylo obrábění dosedací plochy femuru. Různé obráběcí strategie k odstranění chrupavky a popřípadě i poškozené kosti před implantací femorální komponenty byly navrhnuty v softwaru PowerMill. Byly generovány jak tříosé, tak pětiosé obráběcí strategie a nakonec jedna strategie byla použita k obrobení dosedací plochy femuru. This work describes advanced fabrication of custom orthopaedic implants using unconventional additive manufacturing technology - Selective Laser Melting (SLM). There was a main focus on custom knee replacement and certainly on its femoral component. The study investigated three general issues within the domain of the usage of additive manufacturing technology in medical application. First, there was an evaluation of process parameters influences of SLM fabrication method on surface and mechanical properties of titanium Ti6Al4V ELI specimens. This material was used because of its biocompatibility and its wide use within implant fabrication. Then, a proposal of the manufacturing strategy was carried out and the fabrication of customized knee femoral component prototype by SLM technology was done. The elaboration of the numerical chain prior the SLM implant fabrication, from patient's CT knee scan to final femoral replacement model, was also done. Then, a proposal of different 3-axis and 5-axis strategies of machining of the fitting femoral surface of bone prototype (3D printed from the powder) using CNC machines FV 25 CNC and TAJMAC ZPS MCV 1210 was projected and also, the 3-axis spiral machining was realised. The individual machining tool paths were generated by software Power Mill from Delcam group. Finally, these machining strategies were generated as a prior step before a machining of real patient’s bone, therefore the machining tests of cartilage and bone were done.
Keywords: Concept Laser; customized femoral component; femur machining; knee implant; Selective Laser Melting; titanium alloys; Concept Laser; kolenní implantát; obrábění femuru; personalizovaná femorální komponenta; Selective Laser Melting; titanové slitiny

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/63114

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-256549


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses