Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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Härten von Kurbelwellen
(1989)
Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer
Mikrostruktur zu versehen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus
drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur
herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet.
Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft.
Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere
Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der
Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit.
Improving the Mechanical Strength of Dental Applications and Lattice Structures SLM Processed
(2020)
To manufacture custom medical parts or scaffolds with reduced defects and high mechanical characteristics, new research on optimizing the selective laser melting (SLM) parameters are needed. In this work, a biocompatible powder, 316L stainless steel, is characterized to understand the particle size, distribution, shape and flowability. Examination revealed that the 316L particles are smooth, nearly spherical, their mean diameter is 39.09 μm and just 10% of them hold a diameter less than 21.18 μm. SLM parameters under consideration include laser power up to 200 W, 250–1500 mm/s scanning speed, 80 μm hatch spacing, 35 μm layer thickness and a preheated platform. The effect of these on processability is evaluated. More than 100 samples are SLM-manufactured with different process parameters. The tensile results show that is possible to raise the ultimate tensile strength up to 840 MPa, adapting the SLM parameters for a stable processability, avoiding the technological defects caused by residual stress. Correlating with other recent studies on SLM technology, the tensile strength is 20% improved. To validate the SLM parameters and conditions established, complex bioengineering applications such as dental bridges and macro-porous grafts are SLM-processed, demonstrating the potential to manufacture medical products with increased mechanical resistance made of 316L.
Mit der Digitalen Automatischen Kupplung beginnt ein neues Kapitel des Schienengüterverkehrs, in dem zusammengestellte Wagen sich automatisch in wenigen Minuten abfahrbereit machen, ohne dass der Mensch eingreifen muss. Eines des größten Hemmnisse der umweltfreundlichen Schiene wird dann entfallen. Notwendig ist jetzt eine Diskussion über den Umfang und die Systemgrenzen der Automatischen Bremsprobe.