El pulido por plasma como una nueva opción de pulido para reducir la rugosidad superficial de la aleación de titanio poroso para impresión 3D

Zhiwei Lin; Lincong Luo; Dongxin Lin; Yuping Deng; Yang Yang; Xuecheng Huang; Tingrui Wu; Wenhua Huang

doi:10.3791/65108

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Artículo de método

El pulido por plasma como una nueva opción de pulido para reducir la rugosidad superficial de la aleación de titanio poroso para impresión 3D

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DOI:

10.3791/65108

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28 de abril de 2023

Zhiwei Lin^*¹^,² , Lincong Luo^*³ , Dongxin Lin^*⁴ , Yuping Deng⁴^,⁵ , Yang Yang⁴ , Xuecheng Huang⁶ , Tingrui Wu¹ , Wenhua Huang¹^,²^,⁴

¹Orthopedic Center, Affiliated Hospital of Guangdong Medical University, ²The School of Basic Medical Sciences, Guangdong Medical University, ³The School of Basic Medical Sciences, Fujian Medical University, ⁴Guangdong Engineering Research Center for Translation of Medical 3D Printing Application, Guangdong Provincial Key Laboratory of Digital Medicine and Biomechanics, National Key Discipline of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, ⁵Integrated Hospital of Traditional Chinese Medicine, Southern Medical University, ⁶Shenzhen Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine (Futian)

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

El pulido por plasma es una tecnología de procesamiento de superficies prometedora, especialmente adecuada para la impresión 3D de piezas de trabajo porosas de aleación de titanio. Puede eliminar polvos semifundidos y capas de óxido ablativo, reduciendo así eficazmente la rugosidad de la superficie y mejorando la calidad de la superficie.

Resumen

Los implantes porosos de aleación de titanio con hueso trabecular simulado fabricado mediante tecnología de impresión 3D tienen amplias perspectivas. Sin embargo, debido al hecho de que parte del polvo se adhiere a la superficie de la pieza de trabajo durante el proceso de fabricación, la rugosidad de la superficie en las piezas de impresión directa es relativamente alta. Al mismo tiempo, dado que los poros internos de la estructura porosa no se pueden pulir mediante pulido mecánico convencional, es necesario encontrar un método alternativo. Como tecnología de superficie, la tecnología de pulido por plasma es especialmente adecuada para piezas con formas complejas que son difíciles de pulir mecánicamente. Puede eliminar eficazmente partículas y residuos de salpicaduras finas adheridas a la superficie de las piezas de trabajo de aleación de titanio poroso impresas en 3D. Por lo tanto, puede reducir la rugosidad de la superficie. En primer lugar, el polvo de aleación de titanio se utiliza para imprimir la estructura porosa del hueso trabecular simulado con una impresora 3D de metal. Después de la impresión, se lleva a cabo el tratamiento térmico, la eliminación de la estructura de soporte y la limpieza ultrasónica. Luego, se realiza el pulido por plasma, que consiste en agregar un electrolito de pulido con el pH ajustado a 5.7, precalentar la máquina a 101.6 ° C, fijar la pieza de trabajo en el accesorio de pulido y ajustar el voltaje (313 V), la corriente (59 A) y el tiempo de pulido (3 min). Después del pulido, la superficie de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa se analiza con un microscopio confocal y se mide la rugosidad de la superficie. La microscopía electrónica de barrido se utiliza para caracterizar la condición superficial del titanio poroso. Los resultados muestran que la rugosidad superficial de toda la pieza de trabajo de aleación de titanio poroso cambió de Ra (rugosidad promedio) = 126.9 μm a Ra = 56.28 μm, y la rugosidad superficial de la estructura trabecular cambió de Ra = 42.61 μm a Ra = 26.25 μm. Mientras tanto, se eliminan los polvos semifundidos y las capas de óxido ablativo, y se mejora la calidad de la superficie.

Introducción

El titanio y los materiales de aleación de titanio han sido ampliamente utilizados como materiales de implantes dentales y ortopédicos debido a su buena biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y resistencia mecánica ^1,2,3. Sin embargo, debido al alto módulo elástico de la aleación compacta de titanio producida por los métodos de procesamiento tradicionales, estas placas no son adecuadas para la reparación ósea, ya que la proximidad a la superficie ósea durante largos períodos puede provocar protección contra tensiones y fragilización ósea ^4,....