Metallic surface architectures realized through plastically deformed micro‐volumes

For developing performing medical devices, the biomechanical adaptation plays a key role for both, the bulk material (at macro scale) and surfaces (at micro/nano scale). As concerning the interaction of living cells with artificial surfaces, the cellular mechano‐sensitivity has direct effects on tissue structure and functions. In this work, surfaces architectures, obtained by self‐nano‐crystallization, were realized on a gum‐alloy as substrate (titanium‐niobium‐zirconium‐iron‐oxygen), using silicone masks with micrometric patterns/perforations, on which a near‐surface‐severe‐plastic‐deformation process was applied. For finding 3D suitable geometries of the perforations and their distribution on the masks, generative design algorithms were developed using dedicated software tools. The masks were obtained by 3D printing using the fused filament fabrication method. Multidirectional repeated mechanical impacts on the sample surface with high velocity balls at high strain rates were applied. Deeper compressive residual stresses are generated, creating a superficial self‐nano‐crystallized structure on un‐covered areas, due to small volume‐multidirectional local plastic deformation. The applied parameters have a direct effect on local micro‐topography and microstructure evolution. Translation Bei der Entwicklung leistungsfähiger Medizinprodukte spielt die biomechanische Anpassung sowohl für das Grundmaterial (auf der Makroskala) als auch für Oberflächen (auf der Mikro‐/Nanoskala) eine Schlüsselrolle. Bei der Interaktion lebender Zellen mit künstlichen Oberflächen hat die zelluläre Mechanosensitivität direkte Auswirkungen auf Gewebestruktur und ‐funktionen. In dieser Arbeit werden durch Selbstnanokristallisation erhaltene Oberflächenarchitekturen auf einer Gummilegierung (Titanlegierung) als Substrat (Ti−Nb−Zr−Fe−O) unter Verwendung von Silikonmasken mit mikrometrischen Mustern/Perforationen realisiert, auf denen ein Verformungsprozess mit starker Oberflächenplastifizierung angewendet wurde. Um 3D‐geeignete Geometrien der Perforationen und deren Verteilung auf den Masken zu finden, wurden generative Designalgorithmen mit speziellen Softwaretools entwickelt. Die Masken wurden im 3D‐Druck im Fused‐Filament‐Verfahren hergestellt. Multidirektionale wiederholte mechanische Einschläge auf die Probenoberfläche mit Hochgeschwindigkeitskugeln bei hohen Dehnungsraten wurden angewendet. Tiefere Druckeigenspannungen werden erzeugt, wodurch eine oberflächliche, selbstnanokrist