3D印刷用の多孔質チタン合金の表面粗さを低減するための新しい研磨オプションとしてのプラズマ研磨

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

doi:10.3791/65108

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方法論記事

3D印刷用の多孔質チタン合金の表面粗さを低減するための新しい研磨オプションとしてのプラズマ研磨

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DOI:

10.3791/65108

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2023年4月28日

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

この記事について

サマリー

プラズマ研磨は有望な表面処理技術であり、特に多孔質チタン合金ワークピースの3D印刷に適しています。半溶融粉末やアブレーション酸化物層を除去できるため、表面粗さを効果的に低減し、表面品質を向上させることができます。

要約

3D印刷技術によって製造された模擬骨梁を備えた多孔質チタン合金インプラントは、幅広い展望を持っています。ただし、製造プロセス中にワークピースの表面に粉末が付着するため、直接印刷片の表面粗さは比較的高くなります。同時に、多孔質構造の内部細孔は従来の機械研磨では研磨できないため、別の方法を見つける必要があります。表面技術として、プラズマ研磨技術は、機械的に研磨することが困難な複雑な形状の部品に特に適しています。3Dプリントされた多孔質チタン合金ワークピースの表面に付着した粒子や細かい飛沫の残留物を効果的に除去できます。したがって、表面粗さを低減できる。まず、チタン合金粉末を使用して、シミュレートされた小柱骨の多孔質構造を金属3Dプリンターで印刷します。印刷後、熱処理、支持構造の除去、および超音波洗浄が行われる。次に、pHを5.7に設定した研磨電解液を添加し、機械を101.6°Cに予熱し、ワークを研磨治具に固定し、電圧(313 V)、電流(59 A)、研磨時間(3分)を設定するプラズマ研磨を行います。研磨後、多孔チタン合金ワークの表面を共焦点顕微鏡で分析し、表面粗さを測定する。走査型電子顕微鏡は、多孔質チタンの表面状態を特徴付けるために使用されます。その結果、多孔質チタン合金ワーク全体の表面粗さはRa(平均粗さ)=126.9μmからRa=56.28μmに変化し、小柱構造の表面粗さはRa=42.61μmからRa=26.25μmに変化した。一方、半溶融粉末とアブレーション酸化物層が除去され、表面品質が向上します。

概要

チタンおよびチタン合金材料は、それらの優れた生体適合性、耐食性、および機械的強度のために、歯科および整形外科用インプラント材料として広く使用されてきた^1,2,3。しかしながら、従来の加工方法によって製造されたコンパクトチタン合金の高い弾性率のために、これらのプレートは、長期間骨表面に近接すると応力遮蔽および骨^{脆化を引き起こす}可能性があるため、骨修復には適していない^4,5。したがって、模擬骨梁の多孔質微細構造は、その弾性率^を骨^6,7に一致するレベルまで低下させるために、チタン合金インプラントに使用する必要があります。整形外科の分野では、細胞の生存率、付着、増殖およびホーミング、骨形成分化、血管新生、宿主統合、および体重負荷を改善するために、多くの足場が使用されてきました^4,8,9。多孔質金属構造の伝統的な製造方法には、構造テンプレー....