The calcium phosphate (CaP) coating on cementless orthopedic prostheses provides the osseointegration of the prostheses the bone structure. The purpose of this study is to develop and experiment selective masking systems for CaP coating of orthopedic prostheses. The aim is to provide permanent and low cost masks while meeting the precision and biocompatibility requirements of this delicate process. For this purpose reverse modelling and rapid prototyping methods are experimented for an industrial scale. In the first part, the state of the art selective masking technologies are present to understand the drawbacks of conventional methods. Then brief information on orthopedic prostheses, the purpose of the coating, the process environment and the delicacy of the process are pointed for a clear identification of the problem. The thesis then examines the proper material choice for the process, followed with the explanation of methods. Existing 3D scanning and 3D printing options are compared for the right selection. Triangulation based short range laser 3D scanner and fused deposition modelling 3D printer are chosen. Then for the selected methods, instructions and advices are provided to clarify the procedure. The thesis proposes five masking options using silicone paste, masking tape and applicable 3D printing filaments (ABSplus, TPU and Filaflex). Design rules and production instructions are given for each option based on the experimental results. The drawbacks of each method is also discussed. The results revealed that three of the five methods can provide acceptable results. Silicone masks demonstrated good qualities, but low reliability. The addition of masking tape to silicone masks provided the best quality with a compromise in cost. The 3D printed masks revealed more reliability with consistent results. The cost of masking with methods without tape addition showed excessive cost reduction over conventional masking. Although the tape addition to silicone masks appeared to be costly comparing to other methods, the cost reduction over conventional masking was still significant. In conclusion, the results highlighted that the masking of orthopedic prostheses is viable with rapid prototyping tools. Significant cost reduction over conventional methods and reliability is promising and this encourages the future improvement of additively manufactured masks.
Il rivestimento di fosfato di calcio (CaP) nelle protesi ortopediche cementate offre l'osteointegrazione delle protesi con la struttura ossea. Lo scopo di questo studio è di sviluppare e sperimentare sistemi di mascheramento selettivi per il rivestimento CaP di protesi ortopediche. L'obiettivo è di fornire le maschere a costi fissi e bassi rispettando i requisiti di precisione e biocompatibilità di questo delicato processo. Con questo scopo il "reverse modelling" e i metodi di prototipazione rapida sono stati sperimentati per l'uso in scala industriale. Nella prima parte, lo state of the art della mascheratura selettiva è presentato per comprendere gli inconvenienti dei metodi convenzionali. In seguito brevi informazioni sulle protesi ortopediche, lo scopo del rivestimento, l'ambiente di processo e la delicatezza del processo sono indicate per raggiungere una chiara identificazione del problema. La tesi esamina quindi la scelta del materiale idoneo per il processo, seguito alla spiegazione dei metodi. Il "3D scanning" e la stampa 3D vengono messi a confronto per raggiungere la migliore soluzione. Sono stati scelti :lo scanner 3D basato sulla short range laser triangulation e la stampante 3D FDM (fused deposition modelling). Al fine di chiarire al meglio la procedura sono stati utilizzati medoti selezionati, istruzioni e consigli. La tesi propone cinque opzioni di mascheramento utilizzando pasta di silicone, nastro adesivo e filamenti applicabili alla stampa 3D (ABSplus, TPU e Filaflex). Le regole di progettazione e le istruzioni di produzione sono state ottenute per ciascuna opzione sulla base di risultati sperimentali, prendendo in considerazione anche gli svantaggi di ogni metodo. I risultati hanno rivelato che tre dei cinque metodi riescono a fornire risultati accettabili. Le maschere in silicone hanno dimostrato una buona qualità, ma al contempo anche una scarsa affidabilità. L'aggiunta di nastro adesivo per maschere in silicone ha fornito una migliore qualità, raggiungendo un compromesso in termini di costi. Le maschere stampate in 3D hanno rivelato una maggiore affidabilità e risultati coerenti. Il costo di mascherare senza il nastro adesivo ha mostrato una grande riduzione dei costi, in confronto al processo di mascheramento convenzionale. Sebbene l'aggiunta del nastro alle maschere di silicone sembrava essere costosa rispetto ad altri metodi, la riduzione dei costi finali è ulteriormente significativa rispetto alla mascheratura convenzionale. In conclusione, i risultati hanno evidenziato che il mascheramento delle protesi ortopediche è praticabile con strumenti di prototipazione rapida. La significativa riduzione dei costi rispetto ai metodi convenzionali e l'affidabilità sono promettenti e questo incoraggia il futuro miglioramento delle maschere fabricate additivamente.
Industrial selective masking system for biomedical applications
OZDEMIR, MEHMET
2014/2015
Abstract
The calcium phosphate (CaP) coating on cementless orthopedic prostheses provides the osseointegration of the prostheses the bone structure. The purpose of this study is to develop and experiment selective masking systems for CaP coating of orthopedic prostheses. The aim is to provide permanent and low cost masks while meeting the precision and biocompatibility requirements of this delicate process. For this purpose reverse modelling and rapid prototyping methods are experimented for an industrial scale. In the first part, the state of the art selective masking technologies are present to understand the drawbacks of conventional methods. Then brief information on orthopedic prostheses, the purpose of the coating, the process environment and the delicacy of the process are pointed for a clear identification of the problem. The thesis then examines the proper material choice for the process, followed with the explanation of methods. Existing 3D scanning and 3D printing options are compared for the right selection. Triangulation based short range laser 3D scanner and fused deposition modelling 3D printer are chosen. Then for the selected methods, instructions and advices are provided to clarify the procedure. The thesis proposes five masking options using silicone paste, masking tape and applicable 3D printing filaments (ABSplus, TPU and Filaflex). Design rules and production instructions are given for each option based on the experimental results. The drawbacks of each method is also discussed. The results revealed that three of the five methods can provide acceptable results. Silicone masks demonstrated good qualities, but low reliability. The addition of masking tape to silicone masks provided the best quality with a compromise in cost. The 3D printed masks revealed more reliability with consistent results. The cost of masking with methods without tape addition showed excessive cost reduction over conventional masking. Although the tape addition to silicone masks appeared to be costly comparing to other methods, the cost reduction over conventional masking was still significant. In conclusion, the results highlighted that the masking of orthopedic prostheses is viable with rapid prototyping tools. Significant cost reduction over conventional methods and reliability is promising and this encourages the future improvement of additively manufactured masks.| File | Dimensione | Formato | |
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