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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

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* 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,....

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Protocolo

1. Impresión y preparación de una pieza de trabajo de aleación de titanio

  1. Prepare una pieza de trabajo hecha de aleación de titanio poroso utilizando la técnica de impresión SLM. Importe archivos de formato STL en la impresora metálica, agregue polvo Ti-6Al-4V, instale el sustrato de construcción, configure la escobilla del limpiaparabrisas, establezca el tamaño del punto láser en 70 μm y establezca el grosor de la capa en 30 μm (Figura 1).
  2. Polvo Ti-6Al-4V de grado 23 con composición química como se muestra en la Tabla 1 y un tamaño de partícula de polvo de 15-53 μm.
  3. Diseñar ....

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Resultados

Morfología superficial
La Figura 3 muestra el resultado SEM de la morfología superficial de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa antes y después del pulido por plasma. Observamos que con un aumento de 30x y 100x, la superficie de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa antes del pulido por plasma parece ser más rugosa (Figura 3A, B). Cuando se amplió a 500x, encontramos que se podía observar una gran ca.......

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Discusión

La rugosidad de la superficie se utiliza para describir la cantidad de ondulación y irregularidad de las formas microgeométricas en superficies de piezas de trabajo dentro de un rango de espaciado pequeño. Varios estudios previos han informado cómo pulir superficies metálicas utilizando diferentes procedimientos, como pulido mecánico, pulido químico, pulido electroquímico y más 22,33,34,35. Aun.......

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Me gustaría agradecer a mi supervisor, Wenhua Huang, por proporcionar condiciones de apoyo y orientación para este experimento. Esta investigación fue financiada por el proyecto de construcción de disciplinas de la Universidad Médica de Guangdong (4SG22260G), el Proyecto de Jóvenes Talentos Innovadores de las Instituciones de Educación Superior de Guangdong (2021KQNCX023), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82205301) y el Proyecto de Investigación de Salud Futian (FTWS2022051).

....

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Microscopio confocal: Smartproof-5ZEISS4702000198
ConfoMap ST 8.0ZEISS4702000198
Máquina de mecanizado por electroerosión (EDM): MV1200SMitsubishi Electric Automation (China) Ltd.92U3038
Horno de tratamiento térmico: HSQ1-644Jiangsu Huasu Industrial Furnace Manufacturing CO., LTD.
Impresora 3D de metal: Renishaw AM400Renishaw plc1HGW89
Máquina de corte de alambre de velocidad media: HQ-400EZSuzhou Hanqi CNC Equipment CO., LTD.
Compresor de aire de tornillo de conversión de frecuencia de imanes permanentes M7-Y75AZKUNJI MACHINERY (SHANGHAI) MANUFACTURING CO., LTD.  
Secador de aire comprimido frigorífico SY-230FGShanghai TaiLin Compressor Co., Ltd.
Microscopio electrónico de barrido (SEM): JSM-IT100JEOL (BEIJING) CO., LTD.
Polvo de aleación de titanioRenishaw plcH-5800-1086-01-A
Máquina de limpieza ultrasónica: AK-030SShenzhen Yujie Cleaning Equipment Co., Ltd30820004
ZEN core v3.0ZEISS4702000198
HSD20190812403W40ES2000519055065S190826698MP1030004260426

Referencias

  1. Puleo, D. A., Nanci, A. Understanding and controlling bone-implant interface. Biomaterials. 20 (23-24), 2311-2321 (1999).
  2. Schuler, M., Trentin, D., Textor, M., Tosatti, S. G. P. Biomedical interfaces: titanium surface technology for implants and cell carriers. Nanomedicine<....

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Reimpresiones y permisos

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