The article presents the results of friction and wear testing of ball-and-socket joints, made of ASTM F75 alloy powder, applying the technologies of selective laser melting and spark plasma sintering. The reference material constituted joints produced by machining from a ASTM F1537 LC rod. The tribological tests were carried out using the movement simulator of a spinal motion segment of our own design, in the environment of distilled water. The test results consisted of a comparison of the friction resistance values occurring in the friction couple and comparison of the wear indicators of the upper and lower components, which simulate the tribological system of an intervertebral disc endoprosthesis in the spinal lumbar segment. Analysis of the wear mechanism of the bearing surfaces was performed on the basis of microscopic observations and measurements of friction surface roughness. Regardless of the manufacturing technology, the coefficient of friction varied in the range of 0.25 to 0.30, wherein a median value for all the tested material combinations was in the range of 0.27 to 0.29. The lowest resistance to tribological wear was demonstrated by the joints produced employing spark plasma sintering technology. The wear of the joints produced with this technology was about 20% higher in comparison to those joints formed by selective laser melting, and about 30% higher compared to the joints produced in a conventional manner from ASTM F1537 LC alloy. Observations performed using scanning electron microscopy showed that regardless of the production technology, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Unlike the joints produced in a conventional manner, the bearing surfaces of the components produced by means of selective laser melting and spark plasma sintering technologies, there is evidence of fatigue damage. The results call into question the possibility of using alternative technologies in the manufacturing process of endoprosthe[...]

Zaawansowany proces destrukcji stawu biodrowego w przebiegu wielu schorzeń może być skutecznie leczony z zastosowaniem endoprotezoplastyki [1]. Dotychczas stosowane endoprotezy wykazywały szereg ograniczeń, spośród których najistotniejszym była podatność na zużycie i związane z nim ryzyko aseptycznego obluzowania [2]. W związku z rozwojem tej dziedziny ortopedii w ostatnich latach do praktyki klinicznej wprowadzono endoprotezy nowej generacji, których konstrukcję oparto na doborze skojarzenia materiałowego typu "metal-on-metal" (MoM) [3, 4]. Elementy endoprotez (głowa-panewka) są wytwarzane ze stopów na osnowie kobaltu (CoCrMo). Para trąca typu MoM charakteryzuje się większą odpornością na zużycie w porównaniu z endoprotezami o skojarzeniu materiałowym typu "metal-polietylen". W porównaniu z endoprotezami ceramicznymi MoM charakteryzują się lepszą udarnością oraz umożliwiają zastosowanie głów o większych średnicach, ograniczając ryzyko zwichnięcia [5]. Generowane w trakcie tarcia produkty zużycia charakteryzują się znacznie mniejszymi rozmiarami od polietylenowych i nie indukują osteolizy [6]. W literaturze medycznej pojawiają się doniesienia, w których autorzy zwracają uwagę na zależność pomiędzy częstotliwością występowania różnego rodzaju niepowodzeń a wzajemnym ustawieniem komponentów endoprotezy [7]. Przedstawiane dotychczas wyniki badań zużycia często ograniczają się jedynie do określenia wartości zużycia liniowego oraz ubytku masy. W związku z tym w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu (INOP) wspólnie z chirurgami z Kliniki Ortopedii i Traumatologii Szpitala Klinicznego im. Wiktora Degi podjęto badania mające na celu określenie wpływu ustawienia komponentów endoprotezy na opory tarcia i zużycie. MATERIAŁ I METODYKA Symulator SBT-01.1 Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzono za pomocą symulatora do badania właściwości tribologicznych endoprotez stawu biodrowego SBT-01.1 (zgłoszenie patentowe Nr P.398471). Konstru[...]

  The physical, chemical, mechanical properties of alloys used in endoprosthesis components in the osteoarticular system or dental implants depend not only on the chemical composition, but also on the applied production technology. The article presents the results of friction and wear testing of samples produced by selective laser melting and spark plasma sintering of the ASTM F75 alloy powder (Co28Cr6Mo alloy). As reference material, an ASTM F1537 LC rod was used from which samples were prepared by machining. The friction and wear tests were conducted by means of a tribological tester with a block-ring tribosystem. The tests were performed without lubricating fluid at ambient temperature. The test results constituted a comparison of the frictional resistance in contact with bearing steel 100Cr6 as well as a comparison of the wear values depending on the given friction pair load as a function of sliding distance. Analysis of the wear mechanism of the test materials was based on microscopic observation of the friction surfaces, chemical composition analysis of the surfaces using energy dispersive X-ray spectroscopy as well as roughness measurements. For the friction pair involving the reference sample, the friction coefficient was characterized by a constant value of about 0.40 regardless of the load or travelled sliding distance. In the case of the samples greater frictional resistance was found. The friction coefficient for the friction pairs involving samples produced using the technology of selective laser melting and spark plasma sintering varied in the range 0.50 to 0.62 and from 0.70 to 0.74. Based on the obtained results of weight loss, it was calculated that the reference material sample was characterized by the smallest wear coefficient, while the largest was demonstrated by samples produced by spark plasma sintering. Microscopic observations showed that regardless of the employed technology to produce the samples, the dominant type of w[...]