Benefits and drawbacks for the surface modification of laser additive manufactured parts by laser ablation

Abstract

Auf den Herstellern und Entwicklern medizinischer Implantate lastet starker Innovationsdruck. Das in diesem Zusammenhang bestehende Engagement der Wissenschaft hat das Laserstrahlschmelzen als viel versprechende Methodik zur individuellen Herstellung von medizinischen Implantaten in den Fokus gerückt. Nicht zufriedenstellende Oberflächeneigenschaften machen jedoch hierbei eine manuelle Nachbearbeitung notwendig. Das Laserstrahlabtragen bietet eine Option, manuelle Nachbearbeitung zu ersetzen und reproduzierbare Bauteiloberflächen zu erhalten. Mit dieser Methode ist es möglich, viele abschließende Fertigungsschritte miteinander zu vereinen. Eine Kombination von Laserstrahlschmelzen und Laserstrahlabtragen wird in dieser Diplomarbeit untersucht. Mit dem Grundgedanken Bauteile herzustellen, deren Eigenschaften den Standards medizinischer Implantate genügen, wird angestrebt, die Möglichkeiten und Grenzen aus der Kombination dieser Fertigungsmethoden aufzuzeigen. Die vor diesem Hintergrund ganzheitlich entwickelte Prozesskette konnte erfolgreich durchgeführt werden. Probekörper, deren Geometrie und Oberflächen auf Basis von Hüftprothesenschäften abgeleitet wurden, konnten hergestellt werden. Durch die Nachbearbeitung mittels Laserstrahlabtragens wurde eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften erzielt. Ein leichter Vorteil des Laserstrahlgenerierens gegenüber dem Laserstrahlabtragen konnte in der Abbildung von Geometrien in der betrachteten Größenordnung gezeigt werden.

High innovation pressure weighs heavily on the developers and manufacturers of medical prosthetic devices. During the resulting scientific investigation, the method of selective laser melting showed promising results for the customization of implant production. Poor surface quality, however, does make it necessary to finish up the part by manual post-processing. In order get reproducible surface morphologies, the laser ablation process has shown its capability to replace manual procedures. With this tool, it is possible to combine several different manufacturing processes. During this thesis, the selective laser melting process will be combined with the laser ablation process. With the motive to produce parts of material properties and surface characteristics comparable to standard implant material, the possibilities and drawbacks for this combination are shown. The hereby developed process chain could be performed successfully. Test items deduced from hip joint prosthesis shafts where constructed. The surfaces obtained after the laser ablation process revealed an improvement of overall surface quality. A slight advantage for the selective laser melting process in reproducing geometries of the assessed size could be shown.