As the demand for biomaterials and medical devices increases due to advancements in medical technology and the rising average lifespan of the population, the importance of surface treatment technology for biometallic materials used in orthopedic implants is highlighted. Achieving stable mechanical attachment between the implant and human bone, specifically bone cell adhesion, is crucial. Without proper adhesion, issues such as inflammation and reduced load-bearing capacity can occur, leading to the need for implant reimplantation. Therefore, this paper focuses on creating a micro-groove pattern using a pulsed nanosecond laser on the surface of a titanium alloy (Ti6Al4V), a biometallic material, to promote cell adhesion. To evaluate the effectiveness of the pattern in enhancing cell adhesion, MG-63 osteoblasts were cultured on the micro-groove patterned surface, and their adhesion and morphological changes were analyzed. This study confirms the potential of laser processing as a surface treatment method for biometallic materials.
Titanium and its alloys have been widely used for biomedical applications. However, the use of the Ti-6Al-4V alloy in biomaterial is then a subject of controversy because aluminum ions and vanadium oxide have potential detrimental influence on the human body due to vanadium and aluminum. Hence, recent works showed that the synthesis of new Ti-based alloys for implant application involves more biocompatible metallic alloying element,such as, Nb, Hf, Zr and Mo. In particular, Nb and Hf are one of the most effective Ti ${\beta}$-stabilizer and reducing the elastic modulus. Plasma electrolyte oxidation (PEO) is known as excellent method in the biocompatibility of biomaterial due to quickly coating time and controlled coating condition. The anodized oxide layer and diameter modulation of Ti alloys can be obtained function of improvement of cell adhesion. Silicon (Si) and magnesium (Mg) has a beneficial effect on bone. Si in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. In vitro studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. Therefore, in this study, Si and Mg coatings on the hydroxyapatite film formed Ti-29Nb-xHf alloys by plasma electrolyte oxidation has been investigated using several experimental techniques. Ti-29Nb-xHf (x= 0, 3, 7 and 15wt%, mass fraction) alloys were prepared Ti-29Nb-xHf alloys of containing Hf up from 0 wt% to 15 wt% were melted by using a vacuum furnace. Ti-29Nb-xHf alloys were homogenized for 2 hr at $1050^{\circ}C$. The electrolyte was Si and Mg ions containing calcium acetate monohydrate + calcium glycerophosphate at room temperature. The microstructure, phase and composition of Si and Mg coated oxide surface of Ti-29Nb-xHf alloys were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.
In this paper, mechanical behaviors of developed pedicle screw system, made of bio-mechanical materials(Ti-6Al-4V, Grade 5), ale predicted using FEM analysis. As a first step, morphologic construction of normal Korean spines and surgical operation convenience are considered to design optimum pedicle screw system. In this step, various design variables are considered as design parameters to develop optimized models. As a next step, tension and bending tests are performed to improve the structural performance of the developed system using finite element method. In this step, required Static compression and bending test specifications by ASTM F-04 25 04 01 are applied to understand the bio-mechanical behaviors of the designed spinal implant system under various load types. As the results of this research, it is possible to develop efficient pedicle screw system, having enough rigidity and fixation to stand any spinal damage under allowable stress conditions.
This paper investigates shape design processes of two implant systems for bone fracture treatment ; Bone plate and Interlocking nail system. These systems can directly fix fractured human bones by surgical operations. The bone plates consist of various shaped plates and implant screws for fixation of fractured human bones with various manual instruments allowing to handle them. The material corresponds to titanium alloy Ti6Al4V because it is harmless material for human body as well as significantly rigid. This system has to be suitably rigid as well as manually bended in orthopedic surgery operations. The Interlocking nail system is a kind of nail implanted inside fractured human bones. The shapes of these systems have to be suitably designed in order to endure various loads as well as avoid any damages. If various shaped prototypes would be fabricated and tested to design the optimal shapes, optimal shapes could be obtained but very long time and expensive costs must be required. In this paper finite element method was applied into these systems. Under various boundary conditions a series of structural analysis was conducted by using ANSYS. Finally important shape factors could be determined on the basis of the analysis results.
Electrochemical machining (ECM) is an effective manufacturing method for difficult-to-machine materials and is widely used in the precision manufacturing of aerospace components. In recent years, the requirements for the machining accuracy and surface integrity of ECM have become increasingly stringent. To further improve the machining quality, this work investigated the intricate laws between electrolyte filtration accuracy and machining quality. Electrolytes with different filtration accuracies were compared, and a numerical simulation was used to evaluate the change in temperature and bubble rate of the flow field in the machining area. Experiments were conducted on ECM of Ti-6Al-4V (TC4) alloy workpieces using electrolytes with different filtration accuracy. The workpiece machining accuracy and surface quality were analyzed, and the repetition accuracy of the workpiece was evaluated. The intricate laws between electrolyte filtration accuracy and machining quality were explored. It was found that when the electrolyte filtration accuracy is improved, so too is the machining quality of the ECM. However, once the filtration accuracy has reached a certain value, the machining quality has extremely limited improvement. By evaluating the repetition accuracy of processed workpieces in electrolytes with different filtration accuracies, it was found that when the filtration accuracy reaches a certain value, there is no positive correlation between the repetition accuracy and filtration accuracy. The result shows that, for the workpiece material and conditions considered in this paper, an electrolyte with 0.5㎛ filtration accuracy is suitable for the wide application of precision ECM.
Titanium and its alloy have been widely used in dental implant and orthopedic prostheses. Electrochemical characteristics of dental implant in the various simulated body fluids have been researched by using electrochemical methods. Ti-6Al-4V alloy implant was used for corrosion test in 0.9% NaCl, artificial saliva and simulated body fluids. The surface morphology was observed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX). The electrochemical stability was investigated using potentiosat (EG&G Co, 263A). The corrosion surface was observed using scanning electron microscopy (SEM). From the results of potentiodynamic test in various solution, the current density of implant tested in SBF and AS solution was lower than that of implant tested in 0.9% NaCl solution. From the results of passive film stability test, the variation of current density at constant 250 mV showed the consistent with time in the case of implant tested in SBF and AS solution, whereas, the current density at constant 250mV in the case of implant tested in 0.9% NaCl solution showed higher compared to SBF and AS solution as time increased. From the results of cyclic potentiodynamic test, the pitting potential and |$E_{pit}\;-\;E_{corr}$| of implant tested in SBF and AS solution were higher than those of implant tested in 0.9% NaCl solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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