ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 19 ТЕХНОЛОГИЯ Влияние направления печати на характер износа PLA-биоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава Йогирадж Дама 1, a, *, Бхагван Джоги 1, b, Раджу Паваде 1, c, Атул Кулкарни 2, d 1 Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия 2 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Махараштра, Пуне – 411048, Индия a https://orcid.org/0009-0008-5404-4347, yogirajdama@dbatu.ac.in; b https://orcid.org/0000-0003-2099-7533, bfjogi@dbatu.ac.in; c https://orcid.org/0000-0001-7239-625X, rspawade@dbatu.ac.in; d https://orcid.org/0000-0002-6452-6349, atul.kulkarni@viit.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 19–40 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-19-40 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Исследователи постоянно пытаются найти альтернативные биоматериалы и производственные процессы с целью применения их в области медицины [1]. Для создания более сложных деталей и форм технология 3D-печати является боИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 678.8 История статьи: Поступила: 18 августа 2024 Рецензирование: 10 сентября 2024 Принята к печати: 17 сентября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: 3D-печать Биоматериалы Технология послойной печати Имплантат Ориентация печати Полимолочная кислота Износостойкость АННОТАЦИЯ Введение. Операция по эндопротезированию тазобедренного сустава предполагает замену поврежденного сустава имплантатом, который может восстановить его функциональность. Технология 3D-печати более перспективна, чем традиционный производственный процесс, когда речь заходит о создании более сложных деталей и форм. Цель текущего исследовательского проекта: определить, насколько быстро можно изготовить имплантат из биоматериала для эндопротезирования тазобедренного сустава с использованием 3D-печати, изучив скорость износа изделий, изготовленных при использовании различных направлений печати. Несмотря на наличие нескольких технологий аддитивного производства, технология послойного наплавления (FDM – fuse deposition modeling) оказала значительное влияние на здравоохранение, автомобильную промышленность и др. В основном это объясняется адаптируемостью различных композиционных материалов на основе полимеров и их экономичностью. Такие полимеры , напечатанные на 3D-принтере, нуждаются в дальнейшем изучении для оценки износа в зависимости от различных направлений 3D-печати. Биоматериалы на основе полимолочной кислоты (PLA – polylactic acid) были тщательно изучены с целью определения их пригодности в качестве материалов для изготовления тазобедренных суставов. Цель работы. В настоящей работе проведено экспериментальное исследование влияния направления печати на износ в условиях сухого трения скольжения материала из полимолочной кислоты (PLA), полученного путем послойного наплавления (FDM), по схеме «штифт – диск (SS 316)». Кроме того, были разработаны экспериментальные и эмпирические модели для прогнозирования производительности с учетом влияния нагрузки и скорости скольжения. Для определения оптимальных параметров был использован алгоритм реляционного анализа «серых» систем. Методы исследования. Методом FDM-печати в различных направлениях изготовлен штифт. Под направлением печати подразумевается печать под углами 0°, 45° и 90°, при этом все остальные параметры 3D-печати оставались неизменными. Испытание на износ проводили по кинематической схеме «штифт – диск». В ходе экспериментов варьировалась нормальная нагрузка на штифт и скорость вращения диска. Эксперименты были методически разработаны для изучения влияния входных параметров на удельную скорость износа. Было проведено около 13 экспериментов на каждое направление печати при пути трения, равном 4 км, в диапазоне нагрузки 400–800 Н при скорости скольжения 450–750 об/мин. Результаты и обсуждение. В ходе исследования были получены важные результаты, особенно касающиеся направления 3D-печати компонентов. Было обнаружено, что наименьший износ при трении скольжения наблюдается у штифта, напечатанного под углом 0°, чуть больший износ характерен для штифта, напечатанного под углом 90°. Соединение слоев на штифте, напечатанном под углом 45°, деформировалось при более высокой нагрузке в основном из-за повышения температуры. Низкая прочность соединения в штифте, напечатанном под углом 45°, привела к сильному износу при трении скольжения. Оптимальный результат достигнут при скорости скольжения 451 об/мин и нагрузке 600 Н. Результаты исследования очень полезны при выборе материалов для 3D-печати биомедицинских имплантатов, изделий медицинского и промышленного назначения. Для цитирования: Влияние направления печати на характер износа PLA-биоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава / Й.Б. Дама, Б.Ф. Джоги, Р. Паваде, А.П. Кулкарни // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 19–40. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-19-40. ______ *Адрес для переписки Дама Йогирадж Басаврадж, научный сотрудник Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, 402103, Махараштра, Индия Тел.: +91-9860384360, e-mail: yogirajdama@dbatu.ac.in
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1