Estudio del efecto del marcado láser en las propiedades superficiales de la aleación Ti-6Al-4V ELI, para implantes dentales

Abstract

[ES] Cualquier dispositivo médico requiere de un marcado donde se dé información del número de pieza del componente, la marca comercial del fabricante, el símbolo CE en Europa y un número de lote, toda esta información se puede codificar en un código de barras. Es necesario garantizar la legibilidad, y por ello es fundamental el tamaño de los códigos, sobre todo en dispositivos de pequeño tamaño como es un implante dental. Aunque la colocación de la marca puede ser arbitraria, puede colocarse en un espacio disponible, pero siempre lejos de agujeros o cambios de perfil. Estas marcas, en el caso de aleaciones metálicas suele realizarse por láser. Pero este grabado provoca un defecto cuyo acabado superficial es diferente al del resto del cuerpo, creando así un área perceptible. El control de la posición del láser mediante técnicas CNC puede producir letras y gráficos con gran precisión, pero la profundidad del grabado dependerá de la potencia y la velocidad del láser, lo que puede afectar no solo a nivel superficial sino provocar efectos de entalla que mermen las propiedades mecánicas tanto estáticas como dinámicas, dictan la profundidad del grabado. Por eso el interés en poder observar los cambios microestructurales provocados por el marcado láser y medir con precisión la profundidad de grabado en función de los parámetros principales del equipo de marcado. Este trabajo se desarrolla en colaboración con la empresa ZimVie que dispone, en su fábrica de Paterna, de un equipo de marcado con el que poder realizar todos los grabados necesarios para evaluar mediante microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido los defectos inducidos en la superficie del material por el láser y optimizar la influencia de los parámetros del proceso y en función de las marcas a realizar, pues el grosor de las líneas, donde el láser pasa dos veces por la superficie puede alterar en mayor medida la microestructura de la superficie. Por ello se seleccionan simulaciones de códigos de barras con líneas de distintos grosores. Además de esta caracterización microestructural es necesario evaluar el efecto en propiedades como la resistencia a flexión.

[EN] Any medical device requires a mark that includes information on the component part number, the manufacturer's trademark, the CE symbol in Europe, and a batch number, all this information can be encoded in a bar code. It is necessary to guarantee legibility, and therefore the size of the code is essential, especially in small devices such as dental implants. Although the placement of the mark can be arbitrary, it can be placed in an available space, but always away from holes or profile changes. These marks, in the case of metallic alloys, are usually made with a laser. But this engraving causes a defect whose surface finish is different from the rest of the body, thus creating a perceptible area. The control of the position of the laser through CNC techniques can produce letters and graphics with great precision, but the depth of the engraving depends on the power and speed of the laser, which can affect not only superficially but also cause notching effects that reduce both static and dynamic mechanical properties, dictate the depth of the engraving. Hence the interest in being able to observe the microstructural changes caused by laser marking and accurately measure the depth of engraving based on the main parameters of the marking equipment. This work is developed in collaboration with the company ZimVie, which has, in its factory in Paterna, a marking equipment to make all the necessary engravings to evaluate, by means of optical microscopy and scanning electron microscopy, the defects induced on the surface of the material by the laser and optimize the influence of the process parameters and depending on the marks to be made, since the width of the lines, where the laser passes through the surface twice can alter the microstructure of the surface to a greater extent. For this reason, simulations of bar codes with different widths of the lines are mainly selected for their peculiar design and notch effect that they could generate. In addition to this microstructural characterization, it is necessary to evaluate the effect on properties such as resistance to bending.

[CAT] Qualsevol dispositiu mèdic requereix un marcatge on es done informació del número de peça del component, la marca comercial del fabricant, el símbol CE a Europa i un nombre de lot, tota aquesta informació es pot codificar en un codi de barres. Cal garantir la llegibilitat, i per això és fonamental la mida dels codis, sobretot en dispositius de mida xicoteta com és un implant dental. Tot i que la col·locació de la marca pot ser arbitrària, es pot col·locar en un espai disponible, però sempre lluny de forats o canvis de perfil. Aquestes marques, en el cas d'aliatges metàl·lics, sol realitzar-se per làser. Però aquest gravat provoca un defecte l'acabat superficial del qual és diferent del de la resta del cos, creant així una àrea perceptible. El control de la posició del làser mitjançant tècniques CNC pot produir lletres i gràfics amb gran precisió, però la profunditat del gravat dependrà de la potència i la velocitat del làser, cosa que pot afectar no només a nivell superficial sinó provocar efectes d'entalla que minven les propietats mecàniques tant estàtiques com dinàmiques, que dicten la profunditat del gravat. Per això, l'interès per poder observar els canvis microestructurals provocats pel marcat làser i mesurar amb precisió la profunditat de gravat en funció dels paràmetres principals de l'equip de marcatge. Aquest treball es desenvolupa en col·laboració amb l'empresa ZimVie que disposa, a la seva fàbrica de Paterna, d'un equip de marcatge amb què poder realitzar tots els gravats necessaris per avaluar mitjançant microscòpia òptica i microscòpia electrònica d'escombratge els defectes induïts a la superfície del material pel làser i optimitzar la influència dels paràmetres del procés i en funció de les marques a realitzar, ja que el gruix de les línies, on el làser passa dues vegades per la superfície pot alterar més la microestructura de la superfície. Per això se seleccionen simulacions de codis de barres amb línies de diferents gruixos. A més d'aquesta caracterització microestructural, cal avaluar l'efecte en propietats com la resistència a flexió.