Surgical planning for resection of an ameloblastoma and reconstruction of the mandible using a selective laser sintering 3D biomodel

Ameloblastoma is a benign locally aggressive infiltrative odontogenic lesion. It is characterized by slow growth and painless swelling. The treatment for ameloblastoma varies from curettage to en bloc resection, and the reported recurrence rates after treatment are high; the safety margin of resection is important to avoid recurrence. Advances in technology brought about great benefits in dentistry; a new generation of computed tomography scanners and 3-dimensional images enhance the surgical planning and management of maxillofacial tumors. The development of new prototyping systems provides accurate 3D biomodels on which surgery can be simulated, especially in cases of ameloblastoma, in which the safety margin is important for treatment success. A case of mandibular follicular ameloblastoma is reported where a 3D biomodel was used before and during surgery.

Spectrometrical Monitoring of Laser Sintering Process of Ceramic Material

This thesis is done as a part of project called FuncMama that is a project between Technical Research Centre of Finland (VTT), Oulu University (OY), Lappeenranta University of Technology (LUT) and Finnish industrial partners. Main goal of the project is to manufacture electric and mechanical components from mixed materials using laser sintering. Aim of this study was to create laser sintered pieces from ceramic material and monitor the sintering event by using spectrometer. Spectrometer is a device which is capable to record intensity of different wavelengths in relation with time. In this study the monitoring of laser sintering was captured with the equipment which consists of Ocean Optics spectrometer, optical fiber and optical lens (detector head). Light from the sintering process hit first to the lens system which guides the light in to the optical fibre. Optical fibre transmits the light from the sintering process to the spectrometer where wavelengths intensity level information is detected. The optical lens of the spectrometer was rigidly set and did not move along with the laser beam. Data which was collected with spectrometer from the laser sintering process was converted with Excel spreadsheet program for result’s evaluation. Laser equipment used was IPG Photonics pulse fibre laser. Laser parameters were kept mainly constant during experimental part and only sintering speed was changed. That way it was possible to find differences in the monitoring results without fear of too many parameters mixing together and affecting to the conclusions. Parts which were sintered had one layer and size of 5 x 5 mm. Material was CT2000 – tape manufactured by Heraeus which was later on post processed to powder. Monitoring of different sintering speeds was tested by using CT2000 reference powder. Moreover tests how different materials effect to the process monitoring were done by adding foreign powder Du Pont 951 which had suffered in re-grinding and which was more reactive than CT2000. By adding foreign material it simulates situation where two materials are accidently mixed together and it was studied if that can be seen with the spectrometer. It was concluded in this study that with the spectrometer it is possible to detect changes between different laser sintering speeds. When the sintering speed is lowered the intensity level of light is higher from the process. This is a result of higher temperature at the sintering spot and that can be noticed with the spectrometer. That indicates it could be possible to use spectrometer as a tool for process observation and support the idea of having system that can help setting up the process parameter window. Also important conclusion was how well the adding of foreign material could be seen with the spectrometer. When second material was added a significant intensity level raise could be noticed in that part where foreign material was mixed. That indicates it is possible to see if there are any variations in the material or if there are more materials mixed together. Spectrometric monitoring of laser sintering could be useful tool for process window observation and temperature controlling of the sintering process. For example if the process window for specific material is experimentally determined to get wanted properties and satisfying sintering speed. It is possible if the data is constantly recorded that the results can show faults in the part texture between layers. Changes between the monitoring data and the experimentally determined values can then indicate changes in the material being generated by material faults or by wrong process parameters. The results of this study show that spectrometer could be one possible tool for monitoring. But to get in that point where this all can be made possible much more researching is needed.

COMPARISON BETWEEN MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE OF ALLOY TI-6AL4V, COLD WORK VERSUS PROTOTIPES BY DIRECT METAL LASER SINTERING

The present work aims to study the microstructure and mechanical properties of titanium alloys, widely used in the manufacture of orthopedic implants in order to compare a new manufacturing technology of implants, rapid prototyping in metals with conventional manufacturing processes. Rapid prototyping is being used in many areas of human knowledge to assist in the study and often in the manufacture of components for their own use. Nowadays with the advancement of software and equipment such as computed tomography and magnetic resonance imaging, we can reproduce any part of the human body in three-dimensional images with great perfection and it is used in the reproduction of implants, scaffolds, material aid and preparation in surgery. This work aims to do: A comparison between the microstructure of the alloy in the two manufacturing processes (prototyping and conventional), showing the grain size, the nature, form, quantity, and distribution of various ingredients or certain inclusions and study of mechanical properties of titanium in both cases.

New lightweight optimization method applied in parts made by selective laser sintering and polyjet technologies

[EN]The continuous evolution of materials and technologies of Additive Manufacturing (AM) has led to a competitive production process even for functional parts. The capabilities of these technologies for manufacturing complex geometries allow the definition of new designs that cannot be obtained with any other manufacturing processes. An application where this capability can be exploited is the lightening of parts using internal structures. This allows to obtain more efficient parts and, at the same time, reduce the costs of material and manufacturing time. A new lightweight optimization method to optimize the design of these structures and minimize weight while keeping the minimal mechanical properties is presented in this paper.

Prediction of PA12 melt viscosity in Laser Sintering by a Time and Temperature dependent rheological model

Ein auf Basis von Prozessdaten kalibriertes Viskositätsmodell wird vorgeschlagen und zur Vorhersage der Viskosität einer Polyamid 12 (PA12) Kunststoffschmelze als Funktion von Zeit, Temperatur und Schergeschwindigkeit angewandt. Im ersten Schritt wurde das Viskositätsmodell aus experimentellen Daten abgeleitet. Es beruht hauptsächlich auf dem drei-parametrigen Ansatz von Carreau, wobei zwei zusätzliche Verschiebungsfaktoren eingesetzt werden. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität wird mithilfe des Verschiebungsfaktors aT von Arrhenius berücksichtigt. Ein weiterer Verschiebungsfaktor aSC (Structural Change) wird eingeführt, der die Strukturänderung von PA12 als Folge der Prozessbedingungen beim Lasersintern beschreibt. Beobachtet wurde die Strukturänderung in Form einer signifikanten Viskositätserhöhung. Es wurde geschlussfolgert, dass diese Viskositätserhöhung auf einen Molmassenaufbau zurückzuführen ist und als Nachkondensation verstanden werden kann. Abhängig von den Zeit- und Temperaturbedingungen wurde festgestellt, dass die Viskosität als Folge des Molmassenaufbaus exponentiell gegen eine irreversible Grenze strebt. Die Geschwindigkeit dieser Nachkondensation ist zeit- und temperaturabhängig. Es wird angenommen, dass die Pulverbetttemperatur einen Molmassenaufbau verursacht und es damit zur Kettenverlängerung kommt. Dieser fortschreitende Prozess der zunehmenden Kettenlängen setzt molekulare Beweglichkeit herab und unterbindet die weitere Nachkondensation. Der Verschiebungsfaktor aSC drückt diese physikalisch-chemische Modellvorstellung aus und beinhaltet zwei zusätzliche Parameter. Der Parameter aSC,UL entspricht der oberen Viskositätsgrenze, wohingegen k0 die Strukturänderungsrate angibt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass es folglich nützlich ist zwischen einer Fließaktivierungsenergie und einer Strukturänderungsaktivierungsenergie für die Berechnung von aT und aSC zu unterscheiden. Die Optimierung der Modellparameter erfolgte mithilfe eines genetischen Algorithmus. Zwischen berechneten und gemessenen Viskositäten wurde eine gute Übereinstimmung gefunden, so dass das Viskositätsmodell in der Lage ist die Viskosität einer PA12 Kunststoffschmelze als Folge eines kombinierten Lasersinter Zeit- und Temperatureinflusses vorherzusagen. Das Modell wurde im zweiten Schritt angewandt, um die Viskosität während des Lasersinter-Prozesses in Abhängigkeit von der Energiedichte zu berechnen. Hierzu wurden Prozessdaten, wie Schmelzetemperatur und Belichtungszeit benutzt, die mithilfe einer High-Speed Thermografiekamera on-line gemessen wurden. Abschließend wurde der Einfluss der Strukturänderung auf das Viskositätsniveau im Prozess aufgezeigt.

Desenvolvimento, comportamento mecânico e microestrutural de uma prótese mandibular em liga de titânio produzida por sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Reparo ósseo em scaffolds de TI6AL4V sinterizados pela tecnologia de sinterização direta de metais a laser (DMLS) submetidos a tratamento de superfície associado à aplicação de ultrassom de baixa intensidade (LIPUS)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Thermographie zur Temperaturmessung beim Laser-Sintern – ein Beitrag zur Qualitätssicherung?

Beim Laser-Sintern wird das Pulverbett durch Heizstrahler vorgeheizt, um an der Pulveroberfläche eine Temperatur knapp unterhalb des Materialschmelzpunktes zu erzielen. Dabei soll die Temperaturverteilung auf der Oberfläche möglichst homogen sein, um gleiche Bauteileigenschaften im gesamten Bauraum zu erzielen und den Bauteilverzug gering zu halten. Erfahrungen zeigen jedoch sehr inhomogene Temperaturverteilungen, weshalb oftmals die Integration von neuen oder optimierten Prozessüberwachungssystemen in die Anlagen gefordert wird. Ein potentiell einsetzbares System sind Thermographiekameras, welche die flächige Aufnahme von Oberflächentemperaturen und somit Aussagen über die Temperaturen an der Pulverbettoberfläche erlauben. Dadurch lassen sich kalte Bereiche auf der Oberfläche identifizieren und bei der Prozessvorbereitung berücksichtigen. Gleichzeitig ermöglicht die Thermografie eine Beobachtung der Temperaturen beim Lasereingriff und somit das Ableiten von Zusammenhängen zwischen Prozessparametern und Schmelzetemperaturen. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde ein IR-Kamerasystem erfolgreich als Festeinbau in eine Laser-Sinteranlage integriert und Lösungen für die hierbei auftretenden Probleme erarbeitet. Anschließend wurden Untersuchungen zur Temperaturverteilung auf der Pulverbettoberfläche sowie zu den Einflussfaktoren auf deren Homogenität durchgeführt. In weiteren Untersuchungen wurden die Schmelzetemperaturen in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter ermittelt. Auf Basis dieser Messergebnisse wurden Aussagen über erforderliche Optimierungen getroffen und die Nutzbarkeit der Thermografie beim Laser-Sintern zur Prozessüberwachung, -regelung sowie zur Anlagenwartung als erster Zwischenstand der Untersuchungen bewertet.

Ursachen für eine mangelnde Reproduzierbarkeit beim Laser-Sintern von Kunststoffbauteilen

Das Laser-Sintern hat sich in den letzten Jahren zunehmend als Kleinserienfertigungsverfahren für Kunststoffbauteile etabliert. Dennoch entspricht die Bauteilqualität aufgrund von Verzug oder mangelnder Reproduzierbarkeit der Eigenschaften oftmals nicht den Anforderungen. Ein Grund hierfür ist die inhomogene Temperaturführung während des Prozesses. So ergeben sich aufgrund einer inhomogenen Temperaturverteilung auf der Pulverbettoberfläche sowie durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten im Pulverbett zum Teil deutliche lokale Unterschiede im Temperatur-Zeit-Verhalten. Grundlegende Untersuchungen zu diesen Effekten fehlen jedoch bislang. Im Rahmen der dargestellten Untersuchungen gilt es daher zum einen die Reproduzierbarkeit verschiedener Laser-Sinter-Anlagen in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften, die Maßhaltigkeit und die Bauteildichte zu analysieren und zum anderen diese Ergebnisse mit den lokalen Temperatur- und Abkühlbedingungen im Pulverbett zu korrelieren. Dabei werden durch thermografische Untersuchungen die Temperaturverteilung an der Pulverbett-oberfläche charakterisiert sowie durch Einsatz entsprechender Funk-Temperatur-messsensorik die lokalen Abkühlbedingungen von Bauteilen innerhalb des Pulverbettes analysiert. Diese lokalen Temperatur- und Abkühlbedingungen sollen anschließend mit positionsabhängigen Analysen zum Bauteilschrumpf korreliert werden. Abschließend werden Optimierungspotentiale für ein neuentwickeltes Temperaturführungssystem mit homogeneren Temperatur- und Abkühlbedingungen abgeleitet.

Sintering of freeformed maraging steel with boron additions

This paper describes the sintering of an 18Ni(350) maraging steel with additions of boron, with the aim of producing high hardness rapid tooling. Reaction of the boron with the alloying elements in the maraging steel resulted in the formation of a Mo- and Ti-rich borides. The former melted at similar to1220degreesC, providing a liquid phase for enhanced sintering. Although densification could occur regardless of the boron content, especially at high temperature, 0.4% B was required to produce a near full density component. The formation of the various borides depleted the matrix of critical age hardening elements. However, by altering the starting powder composition to compensate for this, hardness close to the wrought alloy has been achieved. This hardness was comparable to a common die casting tool steel. Examples of dies produced using selective laser sintering (SLS) are also shown. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dimensional Accuracy of Computer-Aided Design/Computer-Assisted Manufactured Orbital Prostheses

Purpose: The aim of this research was to assess the dimensional accuracy of orbital prostheses based on reversed images generated by computer-aided design/computer-assisted manufacturing (CAD/CAM) using computed tomography (CT) scans. Materials and Methods: CT scans of the faces of 15 adults, men and women older than 25 years of age not bearing any congenital or acquired craniofacial defects, were processed using CAD software to produce 30 reversed three-dimensional models of the orbital region. These models were then processed using the CAM system by means of selective laser sintering to generate surface prototypes of the volunteers` orbital regions. Two moulage impressions of the faces of each volunteer were taken to manufacture 15 pairs of casts. Orbital defects were created on the right or left side of each cast. The surface prototypes were adapted to the casts and then flasked to fabricate silicone prostheses. The establishment of anthropometric landmarks on the orbital region and facial midline allowed for the data collection of 31 linear measurements, used to assess the dimensional accuracy of the orbital prostheses and their location on the face. Results: The comparative analyses of the linear measurements taken from the orbital prostheses and the opposite sides that originated the surface prototypes demonstrated that the orbital prostheses presented similar vertical, transversal, and oblique dimensions, as well as similar depth. There was no transverse or oblique displacement of the prostheses. Conclusion: From a clinical perspective, the small differences observed after analyzing all 31 linear measurements did not indicate facial asymmetry. The dimensional accuracy of the orbital prostheses suggested that the CAD/CAM system assessed herein may be applicable for clinical purposes. Int J Prosthodont 2010;23:271-276.