La lucidatura al plasma è una tecnologia di lavorazione superficiale promettente, particolarmente adatta per la stampa 3D di pezzi porosi in lega di titanio. Può rimuovere polveri semi-fuse e strati di ossido ablativo, riducendo così efficacemente la rugosità superficiale e migliorando la qualità della superficie.
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Articolo metodologico
La lucidatura al plasma come nuova opzione di lucidatura per ridurre la rugosità superficiale della lega di titanio porosa per la stampa 3D
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In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli impianti porosi in lega di titanio con osso trabecolare simulato fabbricato con la tecnologia di stampa 3D hanno ampie prospettive. Tuttavia, a causa del fatto che parte della polvere aderisce alla superficie del pezzo durante il processo di produzione, la rugosità superficiale nei pezzi di stampa diretta è relativamente elevata. Allo stesso tempo, poiché i pori interni della struttura porosa non possono essere lucidati con la lucidatura meccanica convenzionale, è necessario trovare un metodo alternativo. Come tecnologia di superficie, la tecnologia di lucidatura al plasma è particolarmente adatta per parti con forme complesse che sono difficili da lucidare meccanicamente. Può rimuovere efficacemente particelle e residui di spruzzi fini attaccati alla superficie dei pezzi in lega di titanio porosi stampati in 3D. Pertanto, può ridurre la rugosità superficiale. In primo luogo, la polvere di lega di titanio viene utilizzata per stampare la struttura porosa dell'osso trabecolare simulato con una stampante 3D in metallo. Dopo la stampa, viene eseguito il trattamento termico, la rimozione della struttura di supporto e la pulizia ad ultrasuoni. Quindi, viene eseguita la lucidatura al plasma, consistente nell'aggiunta di un elettrolita lucidante con pH impostato su 5,7, preriscaldamento della macchina a 101,6 °C, fissaggio del pezzo sul dispositivo di lucidatura e impostazione della tensione (313 V), della corrente (59 A) e del tempo di lucidatura (3 min). Dopo la lucidatura, la superficie del pezzo poroso in lega di titanio viene analizzata da un microscopio confocale e viene misurata la rugosità della superficie. La microscopia elettronica a scansione viene utilizzata per caratterizzare le condizioni superficiali del titanio poroso. I risultati mostrano che la rugosità superficiale dell'intero pezzo poroso in lega di titanio è cambiata da Ra (rugosità media) = 126,9 μm a Ra = 56,28 μm e la rugosità superficiale della struttura trabecolare è cambiata da Ra = 42,61 μm a Ra = 26,25 μm. Nel frattempo, le polveri semi-fuse e gli strati di ossido ablativo vengono rimossi e la qualità della superficie viene migliorata.
Introduzione
I materiali in titanio e lega di titanio sono stati ampiamente utilizzati come materiali implantari dentali e ortopedici a causa della loro buona biocompatibilità, resistenza alla corrosione e resistenza meccanica 1,2,3. Tuttavia, a causa dell'elevato modulo elastico della lega di titanio compatta prodotta con metodi di lavorazione tradizionali, queste piastre non sono adatte per la riparazione ossea, poiché la stretta vicinanza alla superficie ossea per lunghi periodi può comportare schermatura da stress e infragilimento osseo 4,5
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Protocollo
1. Stampa e preparazione di un pezzo in lega di titanio
- Preparare un pezzo in lega di titanio porosa utilizzando la tecnica di stampa SLM. Importare file in formato STL nella stampante per metalli, aggiungere polvere Ti-6Al-4V, installare il substrato di costruzione, impostare la spazzola del tergicristallo, impostare la dimensione dello spot laser a 70 μm e impostare lo spessore dello strato su 30 μm (Figura 1).
- Polvere Ti-6Al-4V di grado 23 con composizione chimica come mostrato nella Tabella 1 e una dimensione delle particelle di polvere di 15-53 μm.
- Progettare la struttur....
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Risultati
Morfologia superficiale
La figura 3 mostra il risultato SEM della morfologia superficiale del pezzo poroso in lega di titanio prima e dopo la lucidatura al plasma. Abbiamo osservato che con un ingrandimento 30x e 100x, la superficie del pezzo poroso in lega di titanio prima della lucidatura al plasma sembra essere più ruvida (Figura 3A, B). Quando ingrandito a 500x, abbiamo scoperto che una grande quantità di polveri semi-fus.......
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Discussione
La rugosità superficiale viene utilizzata per descrivere la quantità di ondulazione e irregolarità delle forme microgeometriche sulle superfici del pezzo in lavorazione all'interno di un intervallo di spaziatura ridotto. Numerosi studi precedenti hanno riportato come lucidare le superfici metalliche utilizzando diverse procedure, come la lucidatura meccanica, la lucidatura chimica, la lucidatura elettrochimica e altro 22,33,34,35.
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Vorrei ringraziare il mio supervisore, Wenhua Huang, per aver fornito condizioni di supporto e guida per questo esperimento. Questa ricerca è stata finanziata dal progetto di costruzione della disciplina della Guangdong Medical University (4SG22260G), dal progetto Young Innovative Talents degli istituti di istruzione superiore del Guangdong (2021KQNCX023), dalla National Natural Science Foundation of China (82205301) e dal Futian Healthcare Research Project (FTWS2022051).
....Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Microscopio confocale: Smartproof-5 | ZEISS | 4702000198 | |
| ConfoMap ST 8.0 | ZEISS | 4702000198 | |
| Macchina per elettroerosione (EDM): MV1200S | Mitsubishi Electric Automation (China) Ltd. | 92U3038 | |
| Forno per trattamento termico: HSQ1-644 | Jiangsu Huasu Industrial Furnace Manufacturing CO., LTD. | ||
| Stampante 3D in metallo: Renishaw AM400 | Renishaw plc | 1HGW89 | |
| Macchina per taglio a filo a media velocità: HQ-400EZ | Suzhou Hanqi CNC Equipment CO., LTD. | ||
| Compressore d'aria a vite di conversione di frequenza a magneti permanenti M7-Y75AZ | KUNJI MACHINERY (SHANGHAI) MANUFACTURING CO., LTD. | ||
| essiccatore d'aria compressa a refrigerazione SY-230FG | Shanghai TaiLin Compressor Co., Ltd. | ||
| Microscopio elettronico a scansione (SEM): JSM-IT100 | JEOL (BEIJING) CO., LTD. | ||
| Polvere in lega di titanio | Renishaw plc | H-5800-1086-01-A | |
| Macchina per la pulizia ad ultrasuoni: AK-030S | Shenzhen Yujie Cleaning Equipment Co., Ltd | 30820004 | |
| ZEN core v3.0 | ZEISS | 4702000198 |
Riferimenti
- Puleo, D. A., Nanci, A. Understanding and controlling bone-implant interface. Biomaterials. 20 (23-24), 2311-2321 (1999).
- 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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Ristampe e permessi
