Name: Polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3D (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-04-28T12:50:00.000+00:00
Duration: 6 min 12 s
Description: Aprenda o polimento a plasma para ligas de titânio porosas em impressão 3D. Este método reduz significativamente a rugosidade superficial, removendo pós semimoltenos e camadas de óxido, melhorando a qualidade da superfície de peças metálicas complexas.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Gostaria de agradecer ao meu supervisor, Wenhua Huang, por fornecer condições de apoio e orientação para este experimento. Esta pesquisa foi financiada pelo projeto de construção da Disciplina da Universidade de Medicina de Guangdong (4SG22260G), Projeto de Jovens Talentos Inovadores das Instituições de Ensino Superior de Guangdong (2021KQNCX023), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82205301) e Projeto de Pesquisa em Saúde Futian (FTWS2022051).

1. Impressão e preparação de uma peça de liga de titânio
<ol><li>Prepare uma peça de trabalho feita de liga de titânio porosa usando a técnica de impressão SLM. Importe arquivos de formato STL para a impressora de metal, adicione pó de Ti-6Al-4V, instale o substrato de construção, configure a lâmina do limpador, defina o tamanho do ponto laser para 70 μm e defina a espessura da camada para 30 μm (Figura 1).</li>
	<li>Grau 23 Ti-6Al-4V pó com composição química como mostrado na Tabela 1 e um tamanho de partícula de pó de 15-53 μm.</li>
	<li>Projetar a estrutura da liga porosa de titânio com osso trabecular simulado baseado na anisotropia do polígono Tyson usando modelagem paramétrica, com tamanho de abertura de 400-600 μm, diâmetro de feixe pequeno de 100-300 μm e porosidade de 70%31 .</li>
	<li>Certifique-se de que a peça de liga de titânio porosa tem a forma da gaiola lombar médica32. Para a estrutura porosa e a gaiola lombar, use operações booleanas para obter a estrutura porosa da peça.</li>
</ol>2. Tratamento térmico
<ol><li>Um gradiente de alta temperatura durante a impressão SLM causará tensão residual na peça de trabalho. Use o tratamento térmico para eliminar a tensão residual dentro da peça e manter a tenacidade, plasticidade, resistência à tração e outras propriedades físicas da peça.</li>
	<li>Separe a peça de liga de titânio porosa do substrato de impressão após a impressão usando uma máquina de corte de arame de média velocidade. Instale a placa de titânio na máquina de corte de arame de média velocidade, a fim de tornar a placa perpendicular ao solo, e certifique-se de que o fio apenas entre em contato com a superfície de suporte. Em seguida, corte ao longo do suporte e da placa de titânio para separar a peça de liga de titânio porosa do substrato de impressão.</li>
	<li>Coloque a peça de trabalho de liga de titânio porosa na máquina de limpeza ultra-sônica com água deionizada por 15 minutos e a temperatura controlada a 30 °C. Mantenha a frequência ultra-sônica em 40.000 Hz. A limpeza ultra-sônica visa remover o pó de liga de titânio remanescente na estrutura porosa.</li>
	<li>Repita o procedimento de limpeza ultra-sônica acima mencionado quatro vezes para remover o pó residual de liga de titânio e a água deionizada da estrutura porosa. Depois disso, mire o ar de alta pressão na estrutura porosa por 20 s para soprar o pó e o líquido residuais. A pressão do ar de alta pressão é de 0,71 MPa, que é gerada por um compressor de ar e secador de ar.</li>
	<li>Coloque o cesto de titânio no forno de tratamento térmico à temperatura ambiente. O cesto de titânio é equipado com peças de liga de titânio separadas do substrato. Evite que diferentes peças se toquem e feche a porta do forno.</li>
	<li>Abra a válvula de gás, retire o ar e mantenha o grau de vácuo em 3,9 x 10-3 Pa.</li>
	<li>Ajuste o processo de tratamento térmico. Primeiro, aqueça o forno a 800 °C por 1,5 h, mantenha a temperatura por 2 h e, em seguida, resfrie a peça dentro do forno. Este processo garante que a pressão de vácuo permaneça inalterada.</li>
	<li>Após o tratamento térmico, resfriar o forno até a temperatura ambiente e enchê-lo de ar. Depois de retornar à pressão atmosférica, como visto no painel, retire a peça de liga de titânio porosa.</li>
</ol>3. Removendo o suporte
<ol><li>Após o tratamento térmico, as peças de liga de titânio porosas não têm tensão residual interna, de modo que a superfície da peça não rachará e/ou fraturará ao remover o suporte.</li>
	<li>Meça a espessura do suporte usando um paquímetro vernier, fixe a peça na máquina de usinagem de descarga elétrica (EDM) de corte de arame de baixa velocidade e certifique-se de que o fio de cobre apenas entre em contato com a superfície de suporte.</li>
	<li>Ajuste a profundidade de corte igual à espessura do suporte. É inevitável que a remoção do suporte pela máquina de EDM de corte de arame forme uma camada de óxido de ablação. Ao remover o suporte, certifique-se de que a peça esteja imersa em água deionizada para minimizar queimaduras na superfície da peça.</li>
	<li>Um projeto de suporte razoável garante precisão ao remover o suporte. Se ainda houver algum resíduo de suporte, polir a peça com lixa.</li>
</ol>4. Limpeza ultra-sônica
<ol><li>Como a peça de trabalho é imersa em água deionizada durante a remoção do suporte, execute a limpeza ultrassônica antes do polimento a plasma para remover outras impurezas.</li>
	<li>Coloque a peça de trabalho de liga de titânio porosa na máquina de limpeza ultrassônica com água deionizada, ajuste a temperatura da água para 30 °C e limpe-a por 5 minutos. Após 5 min, retire a peça e exploda o líquido residual com ar de alta pressão.</li>
</ol>5. Primeira caracterização
<ol><li>Microscópio eletrônico de varredura (MEV): Imagem das superfícies com MEV a 15 e 20 kV de tensão de aceleração, após limpeza ultrassônica e antes do polimento a plasma.</li>
	<li>Tire imagens em campos visuais de 30x, 100x e 500x. Observe a morfologia geral da superfície, a adesão das partículas e o tamanho dos poros da peça de liga porosa de titânio e avalie qualitativamente o efeito de polimento do plasma.</li>
	<li>Microscópio confocal: Obtenha imagens das superfícies usando um microscópio confocal.</li>
	<li>Coloque a peça na plataforma de armazenamento horizontalmente. Meça o parâmetro de rugosidade média aritmética de superfície (Ra). Use o software ZEN core v3.0 e ConfoMap ST 8.0.<ol><li>Selecione a ampliação de 2,5x, escolha Wide para o modo ao vivo, clique em Intensidade automática e vá para a ampliação de 5x para observar a situação geral. Clique em Intensidade automática e defina o modo ao vivo como Comp. Selecione a área de interesse, clique em Definir primeiro no ponto mais baixo e Definir por último no ponto mais alto e, em seguida, defina a aquisição como Normal.</li>
		<li>Após cerca de 5 min, importe os resultados para um novo documento no ConfoMap ST 8.0. O Ra é de fácil obtenção na tabela de parâmetros do ConfoMap ST.</li>
	</ol></li>
	<li>Observe a condição geral da peça de trabalho com um espelho quíntuplo, depois mude para um espelho de alta potência e concentre o campo de visão em uma trabécula. Avaliar quantitativamente o efeito de polimento a plasma descrevendo o Ra da peça de liga porosa de titânio antes do polimento a plasma.</li>
</ol>6. Polimento a plasma
<ol><li>Para isso, use uma célula eletrolítica para imergir a peça em um eletrólito conectado como um ânodo20. Utilizar solução de sulfato de amônio a 4% [(NH 4)2SO4], pH entre 5,7-6,1, como eletrólito. Pré-aqueça o eletrólito de polimento a 80 °C antes do polimento a plasma.</li>
	<li>Ajuste a corrente de polimento para 59 A, a tensão para 313 V e a temperatura do eletrólito de polimento para 101,6 °C (Figura 2A). Realizar polimento a plasma de acordo com estes parâmetros.</li>
	<li>Coloque a superfície da peça de liga de titânio porosa a ser polida horizontalmente e fixe-a no acessório e, em seguida, coloque o acessório na máquina de polimento a plasma (Figura 2B). Realizar polimento a plasma por 90 s e, em seguida, retirar o acessório da máquina de polimento a plasma.</li>
	<li>Uma vez que a peça de liga de titânio porosa é fixada no acessório através do ponto de fixação, o ponto de fixação não está em contato com a solução de polimento, e a reação eletroquímica correspondente não ocorre no ponto de fixação. Portanto, mude ligeiramente a posição do ponto de fixação após a retirada do acessório.</li>
	<li>Realizar o polimento a plasma novamente por 90 s e retirar o acessório da máquina de polimento a plasma. Remova a peça de liga de titânio porosa do acessório e, em seguida, coloque-a na máquina de limpeza ultra-sônica com água deionizada.</li>
	<li>Ajuste a temperatura da água em 30 °C e limpe a peça por 2 min. Após 2 min, retire a peça e exploda o líquido residual com ar de alta pressão.</li>
</ol>7. Segunda caracterização
<ol><li>Após a realização do polimento a plasma, obter imagens das superfícies usando uma MEV e um microscópio confocal da mesma forma que na etapa 5. Avaliar a influência do polimento a plasma na rugosidade superficial e na qualidade da superfície da liga porosa de titânio de impressão 3D, comparando os dois resultados de disparo acima.</li>
</ol>

<ol><li>Puleo, D. A., Nanci, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+controlling+bone-implant+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Understanding and controlling bone-implant interface.</a> Biomaterials. 20 (23-24), 2311-2321 (1999).</li>
<li>Schuler, M., Trentin, D., Textor, M., Tosatti, S. G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+interfaces%3A+titanium+surface+technology+for+implants+and+cell+carriers%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Biomedical interfaces: titanium surface technology for implants and cell carriers.</a> Nanomedicine. 1 (4), 449-463 (2006).</li>
<li>Li, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionally+graded+Ti-6Al-4V+meshes+with+high+strength+and+energy+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Engineering+Materials%22%5BJournal%5D)">Functionally graded Ti-6Al-4V meshes with high strength and energy absorption.</a> Advanced Engineering Materials. 18 (1), 34-38 (2016).</li>
<li>Roseti, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaffolds+for+bone+tissue+engineering%3A+state+of+the+art+and+new+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+%26+Engineering.+C%2C+Materials+for+Biological+Applications%22%5BJournal%5D)">Scaffolds for bone tissue engineering: state of the art and new perspectives.</a> Materials Science & Engineering. C, Materials for Biological Applications. 78, 1246-1262 (2017).</li>
<li>Takizawa, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titanium+fiber+plates+for+bone+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Titanium fiber plates for bone tissue repair.</a> Advanced Materials. 30 (4), (2018).</li>
<li>Jung, H. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+strategy+for+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Novel strategy for mechanically tunable and bioactive metal implants.</a> Biomaterials. 37, 49-61 (2015).</li>
<li>Jung, H. D., Lee, H., Kim, H. E., Koh, Y. H., Song, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+scaffolds+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Fabrication of mechanically tunable and bioactive metal scaffolds for biomedical applications.</a> Journal of Visualized Experiments. (106), e53279(2015).</li>
<li>Lee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+HF%2FHNO3-treatment+on+the+porous+structure+and+cell+penetrability+of+titanium+%28Ti%29+scaffold%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+%26+Design%22%5BJournal%5D)">Effect of HF/HNO3-treatment on the porous structure and cell penetrability of titanium (Ti) scaffold.</a> Materials & Design. 145, 65-73 (2018).</li>
<li>Lee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionally+assembled+metal+platform+as+lego-like+module+system+for+enhanced+mechanical+tunability+and+biomolecules+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+%26+Design%22%5BJournal%5D)">Functionally assembled metal platform as lego-like module system for enhanced mechanical tunability and biomolecules delivery.</a> Materials & Design. 207, 109840(2021).</li>
<li>Jang, T. S., Kim, D., Han, G., Yoon, C. B., Jung, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Powder+based+additive+manufacturing+for+biomedical+application+of+titanium+and+its+alloys%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Powder based additive manufacturing for biomedical application of titanium and its alloys: a review.</a> Biomedical Engineering Letters. 10 (4), 505-516 (2020).</li>
<li>Xu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Honeycomb-like+porous+3D+nickel+electrodeposition+for+stable+Li+and+Na+metal+anodes%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Storage+Materials%22%5BJournal%5D)">Honeycomb-like porous 3D nickel electrodeposition for stable Li and Na metal anodes.</a> Energy Storage Materials. 12, 69-78 (2018).</li>
<li>Kostevšek, N., Rožman, K. Ž, Pečko, D., Pihlar, B., Kobe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparative+study+of+the+electrochemical+deposition+kinetics+of+iron-palladium+alloys+on+a+flat+electrode+and+in+a+porous+alumina+template%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">A comparative study of the electrochemical deposition kinetics of iron-palladium alloys on a flat electrode and in a porous alumina template.</a> Electrochimica Acta. 125, 320-329 (2014).</li>
<li>Tan, K., Tian, M. B., Cai, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+bromide+ions+and+polyethylene+glycol+on+morphological+control+of+electrodeposited+copper+foam%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Effect of bromide ions and polyethylene glycol on morphological control of electrodeposited copper foam.</a> Thin Solid Films. 518 (18), 5159-5163 (2010).</li>
<li>Kumar, K. P. A., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-printing+to+mitigate+COVID-19+pandemic%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">3D-printing to mitigate COVID-19 pandemic.</a> Advanced Functional Materials. 31 (22), 2100450(2021).</li>
<li>Palmara, G., Frascella, F., Roppolo, I., Chiappone, A., Chiadò, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+3D+printing%3A+Approaches+and+bioapplications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+%26+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Functional 3D printing: Approaches and bioapplications.</a> Biosensors & Bioelectronics. 175, 112849(2021).</li>
<li>Tan, X. P., Tan, Y. J., Chow, C. S. L., Tor, S. B., Yeong, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metallic+powder-bed+based+3D+printing+of+cellular+scaffolds+for+orthopaedic+implants%3A+A+state-of-the-art+review+on+manufacturing%2C+topological+design%2C+mechanical+properties+and+biocompatibility%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+%26+Engineering.+C%2C+Materials+for+Biological+Applications%22%5BJournal%5D)">Metallic powder-bed based 3D printing of cellular scaffolds for orthopaedic implants: A state-of-the-art review on manufacturing, topological design, mechanical properties and biocompatibility.</a> Materials Science & Engineering. C, Materials for Biological Applications. 76, 1328-1343 (2017).</li>
<li>Wysocki, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+chemical+polishing+of+titanium+scaffolds+on+their+mechanical+strength+and+in-vitro+cell+response%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+%26+Engineering.+C%2C+Materials+for+Biological+Applications%22%5BJournal%5D)">The influence of chemical polishing of titanium scaffolds on their mechanical strength and in-vitro cell response.</a> Materials Science & Engineering. C, Materials for Biological Applications. 95, 428-439 (2019).</li>
<li>Hasan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preventing+peri-implantitis%3A+the+quest+for+a+next+generation+of+titanium+dental+implants%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">Preventing peri-implantitis: the quest for a next generation of titanium dental implants.</a> ACS Biomaterials Science & Engineering. 8 (11), 4697-4737 (2022).</li>
<li>Bernhardt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+conditioning+of+additively+manufactured+titanium+implants+and+its+influence+on+materials+properties+and+in+vitro+biocompatibility%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+%26+Engineering.+C%2C+Materials+for+Biological+Applications%22%5BJournal%5D)">Surface conditioning of additively manufactured titanium implants and its influence on materials properties and in vitro biocompatibility.</a> Materials Science & Engineering. C, Materials for Biological Applications. 119, 111631(2021).</li>
<li>Nestler, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+electrolytic+polishing+-+an+overview+of+applied+technologies+and+current+challenges+to+extend+the+polishable+material+range%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+CIRP%22%5BJournal%5D)">Plasma electrolytic polishing - an overview of applied technologies and current challenges to extend the polishable material range.</a> Procedia CIRP. 42, 503-507 (2016).</li>
<li>Zeidler, H., Boettger-Hiller, F., Edelmann, J., Schubert, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+finish+machining+of+medical+parts+using+plasma+electrolytic+polishing%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+CIRP%22%5BJournal%5D)">Surface finish machining of medical parts using plasma electrolytic polishing.</a> Procedia CIRP. 49, 83-87 (2016).</li>
<li>Huang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principle%2C+process%2C+and+application+of+metal+plasma+electrolytic+polishing%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Advanced+Manufacturing+Technology%22%5BJournal%5D)">Principle, process, and application of metal plasma electrolytic polishing: a review.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 114, 1893-1912 (2021).</li>
<li>Belkin, P. N., Kusmanov, S. A., Parfenov, E. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+and+technological+opportunity+of+plasma+electrolytic+polishing+of+metals+and+alloys+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Mechanism and technological opportunity of plasma electrolytic polishing of metals and alloys surfaces.</a> Applied Surface Science Advances. 1, 100016(2020).</li>
<li>Li, X., Binnemans, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxidative+dissolution+of+metals+in+organic+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Oxidative dissolution of metals in organic solvents.</a> Chemical Reviews. 121 (8), 4506-4530 (2021).</li>
<li>Aliakseyeu, Y. G., Korolyov, A. Y., Niss, V. S., Parshuto, A. E., Budnitskiy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ES.+Electrolyte-plasma+polishing+of+titanium+and+niobium+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Science+%26+Technique%22%5BJournal%5D)">ES. Electrolyte-plasma polishing of titanium and niobium alloys.</a> Science & Technique. 17 (3), 211-219 (2018).</li>
<li>Smyslova, M. K., Tamindarov, D. R., Plotnikov, N. V., Modina, I. M., Semenova, I. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+electrolytic-plasma+polishing+of+Ti-6Al-4V+alloy+with+ultrafine-grained+structure+produced+by+severe+plastic+deformation%5BTitle%5D)+AND+%22IOP+Conference+Series%3A+Materials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Surface electrolytic-plasma polishing of Ti-6Al-4V alloy with ultrafine-grained structure produced by severe plastic deformation.</a> IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 461 (1), 012079(2018).</li>
<li>Yerokhin, A. L., Nie, X., Leyland, A., Matthews, A., Dowey, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+electrolysis+for+surface+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+%26+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Plasma electrolysis for surface engineering.</a> Surface & Coatings Technology. 122 (2-3), 73-93 (1999).</li>
<li>Walsh, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+electrolytic+oxidation+%28PEO%29+for+production+of+anodised+coatings+on+lightweight+metal+%28Al%2C+Mg%2C+Ti%29+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+IMF%22%5BJournal%5D)">Plasma electrolytic oxidation (PEO) for production of anodised coatings on lightweight metal (Al, Mg, Ti) alloys.</a> Transactions of the IMF. 87 (3), 122-135 (2009).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+titanium+surface+modification+strategies+for+osseointegration+enhancement%5BTitle%5D)+AND+%22Metals%22%5BJournal%5D)">Characterization of titanium surface modification strategies for osseointegration enhancement.</a> Metals. 11 (4), 618(2021).</li>
<li>Lee, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-topographical+control+of+Ti-Nb-Zr+alloy+surfaces+for+enhanced+osteoblastic+response%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Nano-topographical control of Ti-Nb-Zr alloy surfaces for enhanced osteoblastic response.</a> Nanomaterials. 11 (6), 1507(2021).</li>
<li>Barba, D., Alabort, E., Reed, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic+bone%3A+Design+by+additive+manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Synthetic bone: Design by additive manufacturing.</a> Acta Biomaterialia. 97, 637-656 (2019).</li>
<li>He, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+anterior+and+traverse+cage+can+provide+optimal+biomechanical+performance+for+both+traditional+and+percutaneous+endoscopic+transforaminal+lumbar+interbody+fusion%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+in+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">The anterior and traverse cage can provide optimal biomechanical performance for both traditional and percutaneous endoscopic transforaminal lumbar interbody fusion.</a> Computers in Biology and Medicine. 131, 104291(2021).</li>
<li>Zhan, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confined+chemical+etching+for+electrochemical+machining+with+nanoscale+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Confined chemical etching for electrochemical machining with nanoscale accuracy.</a> Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2596-2604 (2016).</li>
<li>Kwon, S. J., Lawson, N. C., McLaren, E. E., Nejat, A. H., Burgess, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+mechanical+properties+of+translucent+zirconia+and+lithium+disilicate%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Prosthetic+Dentistry%22%5BJournal%5D)">Comparison of the mechanical properties of translucent zirconia and lithium disilicate.</a> The Journal of Prosthetic Dentistry. 120 (1), 132-137 (2018).</li>
<li>Li, F., Li, S., Tong, H., Xu, H., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+application+of+chemical+polishing+in+TEM+sample+preparation+of+zirconium+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">The application of chemical polishing in TEM sample preparation of zirconium alloys.</a> Materials. 13 (5), 1036(2020).</li>
<li>Wu, Y., Zitelli, J. P., TenHuisen, K. S., Yu, X., Libera, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+response+of+Staphylococci+and+osteoblasts+to+varying+titanium+surface+roughness%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Differential response of Staphylococci and osteoblasts to varying titanium surface roughness.</a> Biomaterials. 32 (4), 951-960 (2011).</li>
<li>Kunzler, T. P., Drobek, T., Schuler, M., Spencer, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+study+of+osteoblast+and+fibroblast+response+to+roughness+by+means+of+surface-morphology+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Systematic study of osteoblast and fibroblast response to roughness by means of surface-morphology gradients.</a> Biomaterials. 28 (13), 2175-2182 (2007).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

A rugosidade superficial é usada para descrever a quantidade de ondulação e desnível de formas microgeométricas em superfícies de peças de trabalho dentro de uma pequena faixa de espaçamento. Vários estudos anteriores relataram como polir superfícies metálicas usando diferentes procedimentos, como polimento mecânico, polimento químico, polimento eletroquímico e muito mais 22,33,34,35. Embora nu...

Materiais de titânio e ligas de titânio têm sido amplamente utilizados como materiais de implantes dentários e ortopédicos devido à sua boa biocompatibilidade, resistência à corrosão e resistência mecânica 1,2,3. Entretanto, devido ao alto módulo de elasticidade da liga compacta de titânio produzida pelos métodos tradicionais de processamento, essas placas não são adequadas para o reparo ósseo, uma vez que a proximidade com a superfície óssea por longos períodos pode resultar em stress shielding e fragilização óssea 4,5 . Portanto, a microestrutura porosa das trabéculas ósseas simuladas deve ser utilizada em implantes de liga de titânio a fim de reduzir seu módulo de elasticidade ao nível compatível com o osso 6,7. Muitos scaffolds têm sido utilizados no campo da ortopedia para melhorar a viabilidade celular, fixação, proliferação e homing, diferenciação osteogênica, angiogênese, integração do hospedeiro e carga 4,8,9. Os métodos tradicionais de fabricação de estruturas metálicas porosas incluem o método do molde estrutural, o método de formação de defeitos, o método de compressão ou dióxido de carbono supercrítico, a técnica de eletrodeposição10,11, etc. Embora essas técnicas de produção sejam altamente tradicionais, ocasionalmente desperdiçam matérias-primas e apresentam custos preparatórios substanciais quando comparadas à impressão 3D12,13. A impressão 3D é uma tecnologia que utiliza pó de metal ou plástico e outros materiais adesivos para construir objetos 3D sólidos a partir de modelos CAD (Computer Aided Design) através da deposição de camadas sobrejacentes14,15 . A impressão 3D mostra grande potencial na personalização direta de arcabouços celulares metálicos para implantes ortopédicos e abre novas possibilidades para a fabricação de projetos complexos personalizáveis com poros altamente interconectados. Dentre elas, a fusão seletiva a laser (SLM) é uma das mais representativas tecnologias de impressão e fabricação 3D para estruturas porosas de implantes de titânio16 .
O processo SLM utiliza pó de liga de titânio como matéria-prima, essencialmente pó derretendo e formando a estrutura. Portanto, um grande número de pós semifundidos e camadas de óxido ablativo frequentemente aderem à superfície dos implantes de liga de titânio, o que leva a uma alta rugosidade superficial17. A má qualidade superficial dos implantes ortopédicos de titânio poroso leva à inflamação, diminuição do desempenho em fadiga e até mesmo novos riscos biológicos18 . Uma vez que os poros internos de estruturas porosas não podem ser polidos pelo polimento mecânico convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. O polimento a plasma é um novo método de polimento verde para peças de metal que pode polir eficientemente peças com formas complexas sem poluição19 . Possui grande potencial de desenvolvimento na área de pós-processamento de implantes de ligas de titânio.
Como um tipo de tecnologia de superfície, a tecnologia de polimento a plasma é particularmente adequada para peças de metal com formas complexas que não são fáceis de serem polidas mecanicamente. O objetivo geral desta opção de polimento é obter uma superfície de liga de titânio porosa com baixa rugosidade. A tecnologia pode efetivamente remover partículas e resíduos de respingos finos presos à superfície de implantes ortopédicos porosos de titânio fabricados por impressão 3D e reduzir a rugosidade superficial20. O princípio do polimento a plasma é um processo de reação composto baseado em uma combinação de remoção química e física induzida pela corrente21; Todo o circuito forma um curto-circuito transitório, formando uma camada de plasma de vapor na superfície da peça20. Este processo rompe a camada de gás para formar um canal de descarga, impactando a superfície da peça. A maior corrente impacta a parte convexa da superfície da peça, levando à remoção mais rápida do pó semifundido e da camada de óxido queimado. A concavidade e a convexidade estão em constante mudança, e a superfície rugosa torna-se gradualmente suavizada, melhorando a rugosidade superficial da peça de trabalho para atingir o propósito de polimento.
Ao mesmo tempo, esta tecnologia é uma tecnologia de processamento verde, não causando poluição ao meio ambiente, e tem grandes vantagens em comparação com outros métodos de polimento. As técnicas convencionais de polimento mecânico incluem principalmente polimento mecânico, polimento químico e polimento eletroquímico22. O polimento mecânico é o processo de polimento convencional mais utilizado; Tem as desvantagens de baixa eficiência de polimento, maior demanda de trabalho manual e incapacidade de polir peças com geometrias complexas. O potencial de lesão do empregado e a probabilidade de exceder as tolerâncias devido a fatores humanos são desvantagens frequentes do polimento mecânico23. Em contraste com o polimento químico, que se baseia na utilização de uma solução química para remover partes do material de uma peça de trabalho, o polimento eletroquímico utiliza uma corrente elétrica e uma solução química para obter o mesmo resultado. Infelizmente, ambos os processos produzem gases e líquidos perigosos como subprodutos de uso, cuja composição depende da força do reagente químico ácido ou alcalino utilizado. Como resultado, não só os trabalhadores presentes são considerados de risco devido à exposição, mas também há o potencial de danos graves ao meio ambiente24. Aliakseyeu et al.25 propuseram a utilização de polimento a plasma para polimento de peças de liga de titânio com composição eletrolítica simples. Eles descobriram que, após o polimento, os riscos superficiais da amostra de titânio são removidos e o brilho da superfície é significativamente melhorado. Smyslova et al.26 deliberaram sobre as perspectivas da aplicação da tecnologia de polimento a plasma no tratamento de superfícies de implantes médicos.
Teoricamente, a tecnologia de polimento a plasma pode ser utilizada para polir a estrutura de qualquer peça metálica. Tem sido amplamente aplicado em revestimentos, em indústrias de acabamento metálico, eletrônica 3C, entre outros22,27,28. No entanto, o presente estudo apresenta algumas limitações. Em primeiro lugar, o manuscrito se concentra apenas na qualidade da superfície e rugosidade superficial da impressão 3D da liga porosa de titânio antes e depois do polimento a plasma; as demais alterações não estão envolvidas. Em segundo lugar, não medimos e registramos os resultados após o tratamento térmico. Jinyoung, Kim et al.29 compararam estratégias de modificação da superfície do titânio para aumento da osseointegração. Outro estudo mostra que a técnica de sputtering plasma induzido por íons-alvo (TIPS) pode conferir excelentes funções biológicas à superfície de bio-implantes metálicos30. A fim de investigar melhor a eficácia e a segurança do polimento da liga porosa de titânio para impressão 3D, o próximo passo será estudar mais profundamente as outras propriedades da peça SLM, como desempenho em fadiga e diferenciação osteogênica. Essas questões precisam de mais refinamento. Este trabalho difere de estudos anteriores de polimento a plasma por se concentrar na impressão 3D de liga de titânio poroso em vez de liga de titânio compacta. Como resultado, diferentes processos de fabricação devem adotar diferentes parâmetros de polimento. O objetivo deste manuscrito é apresentar o esquema de polimento a plasma da impressão 3D de ligas porosas de titânio em detalhes, de modo a reduzir a rugosidade superficial das peças.

<table><tbody><tr><td>Microscópio confocal: Smartproof-5</td><td>ZEISS</td><td>4702000198</td><td></td></tr><tr><td>ConfoMap ST 8.0</td><td>ZEISS</td><td>4702000198</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de usinagem por eletroerosão: MV1200S</td><td>Mitsubishi Electric Automation (China) Ltd.</td><td>92U3038</td><td></td></tr><tr><td>Fornalha do tratamento térmico: HSQ1-644</td><td>Fabricação industrial CO. da fornalha de Jiangsu Huasu, LTD.</td><td></td><td></td>HSD20190812403</tr><tr><td>Impressora 3D de metal: Renishaw AM400</td><td>Renishaw plc</td><td>1HGW89</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de corte de fio de velocidade média: HQ-400EZ</td><td>Suzhou Hanqi CNC Equipment CO., LTD.</td><td></td><td></td>W40ES20005</tr><tr><td>Compressor de ar de parafuso de conversão de frequência de ímã permanente M7-Y75AZ</td><td>KUNJI MACHINERY (SHANGHAI) MANUFACTURING CO., LTD.&nbsp;</td><td></td><td></td>19055065</tr><tr>Compressor Co. de Shanghai <td>TaiLin do</td> secador<td>SY-230FG do ar comprimido da refrigeração</td>, Ltd.<td></td><td></td>S190826698</tr><tr><td>Microscópio eletrônico de varredura (SEM): JSM-IT100</td><td>JEOL (PEQUIM) CO., LTD.</td><td></td><td></td>MP1030004260426</tr><tr><td>Pó de liga de titânio</td><td>Renishaw plc</td><td>H-5800-1086-01-A</td><td></td></tr><tr><td>Máquina de limpeza ultrassônica: AK-030S</td><td>Shenzhen Yujie Cleaning Equipment Co., Ltd</td><td>30820004</td><td></td></tr><tr><td>ZEN core v3.0</td><td>ZEISS</td><td>4702000198</td><td></td></tr></tbody></table>

polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3d

Plasma Polishing as a New Polishing Option to Reduce the Surface Roughness of Porous Titanium Alloy for 3D Printing

Implantes de liga de titânio poroso com osso trabecular simulado fabricados por tecnologia de impressão 3D têm amplas perspectivas. No entanto, devido ao fato de que alguns pós aderem à superfície da peça durante o processo de fabricação, a rugosidade superficial em peças de impressão direta é relativamente alta. Ao mesmo tempo, como os poros internos da estrutura porosa não podem ser polidos pelo polimento mecânico convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. Como uma tecnologia de superfície, a tecnologia de polimento a plasma é especialmente adequada para peças com formas complexas que são difíceis de polir mecanicamente. Ele pode efetivamente remover partículas e resíduos de respingos finos anexados à superfície de peças de liga de titânio poroso impressas em 3D. Portanto, pode reduzir a rugosidade superficial. Em primeiro lugar, o pó de liga de titânio é usado para imprimir a estrutura porosa do osso trabecular simulado com uma impressora 3D de metal. Após a impressão, o tratamento térmico, a remoção da estrutura de suporte e a limpeza ultra-sônica são realizados. Em seguida, é realizado o polimento a plasma, que consiste em adicionar um eletrólito de polimento com o pH ajustado para 5,7, pré-aquecer a máquina a 101,6 °C, fixar a peça no dispositivo de polimento e ajustar a tensão (313 V), a corrente (59 A) e o tempo de polimento (3 min). Após o polimento, a superfície da peça de liga porosa de titânio é analisada por um microscópio confocal e a rugosidade superficial é medida. A microscopia eletrônica de varredura é usada para caracterizar a condição da superfície do titânio poroso. Os resultados mostram que a rugosidade superficial de toda a peça porosa de liga de titânio variou de Ra (rugosidade média) = 126,9 μm para Ra = 56,28 μm, e a rugosidade superficial da estrutura trabecular variou de Ra = 42,61 μm para Ra = 26,25 μm. Enquanto isso, pós semi-fundidos e camadas de óxido ablativo são removidos, e a qualidade da superfície é melhorada.

Morfologia da superfície A Figura 3 mostra o resultado da MEV da morfologia superficial da peça de liga porosa de titânio antes e após o polimento a plasma. Observamos que, em aumentos de 30x e 100x, a superfície da peça porosa de liga de titânio antes do polimento a plasma parece ser mais rugosa (Figura 3A,B). Quando ampliado para 500x, observou-se que uma grande quantidade de pós semifundidos e camadas de óxido ablativo pôd...

O polimento a plasma é uma tecnologia promissora de processamento de superfícies, especialmente adequada para impressão 3D de peças de liga porosa de titânio. Pode remover pós semi-fundidos e camadas de óxido ablativo, reduzindo assim eficazmente a rugosidade da superfície e melhorando a qualidade da superfície.

Polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3D

Porous titanium alloy implants with simulated trabecular bone fabricated by 3D printing technology have broad prospects. However, due to the fact that ...

Uma vez que o pulso interno de estruturas porosas não pode ser polido pela poluição mecânica convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. A poluição por plasma é um método de processamento ecológico que é especialmente eficaz para peças de trabalho mental com formas complexas. Para começar, coloque as peças de liga de titânio separadas no cesto de titânio sem que as diferentes peças se toquem.Coloque o cesto de titânio no forno de tratamento térmico à temperatura ambiente e feche a porta do forno. Abra a válvula de gás para remover o ar e manter o grau adequado de vácuo. Para definir o processo de tratamento térmico primeiro, aqueça o forno a 800 graus Celsius por 1,5 horas e, em seguida, mantenha a temperatura por duas horas antes de esfriar.Após o tratamento térmico, resfriar o forno até a temperatura ambiente e enchê-lo de ar. Quando o forno retornar à pressão atmosférica vista no painel, retire a peça de liga de titânio porosa. Para obter imagens das superfícies da peça usando um microscópio confocal, coloque a peça na plataforma de armazenamento horizontalmente.Medir a aritmética da superfície média rugosidade ou parâmetro RA. Selecione a ampliação de 2,5x e esc

plasma-polishing-as-new-polishing-option-to-reduce-surface-roughness

Research

JoVE Journal

Medicine

Medicina

Neste vídeo, vamos demonstrar técnicas de modificação de implantes metálicos porosos para melhorar a sua funcionalidade e para controlar a migração celular. As técnicas incluem o desenvolvimento de gradientes de poros para controlar o movimento de células em 3D e a produção da membrana basal imita para controlar o movimento de células em 2-D. Além disso, um método baseado em HPLC para o acompanhamento da integração do implante in vivo através de análise de proteínas do sangue é descrito.

Modificação Multi-Escala de implantes metálicos com gradientes de poros, polieletrólitos e sua monitorização indirecta<em&gt; In vivo</em

A fabricação de grades de alto contraste como o elemento dispersivo de divisão de espectro paralelo em um sistema fotovoltaico concentrado é demonstrada. Processos de fabricação, incluindo litografia de nanoimpressão, pulverização catódica de TiO2 e gravação de íons reativos são descritos. Os resultados da medição de refletância são usados para caracterizar o desempenho óptico.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

Andaimes metálicos bioativos e mecanicamente confiáveis foram fabricados por meio de um método que consiste em dois processos, fundição por congelamento dinâmico para a fabricação de Ti poroso e revestimento e densificação dos andaimes de Ti. O processo de densificação é simples, eficaz e aplicável à fabricação de andaimes funcionalmente classificados.

Fabricação de Mecanicamente Tunable e Bioativos metal andaimes para aplicações biomédicas

Métodos de fabricação de superfície por deposição estampada de pincéis grossos nanômetros ou mícrons de espessura, filmes de quitosana de um polímero de co azlactone bloco são relatados. Passos críticos experimentais, resultados representativos e limitações de cada método são discutidas. Esses métodos são úteis para a criação de interfaces funcionais com características físicas adaptadas e reatividade de superfície ajustável.

Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e

Aqui, apresentamos um método para o isolamento de Vesículas Extracelulares (EVs) derivados das plaquetas (PL) e seu uso para revestimento de superfícies de implante de titânio (Ti). Descrevemos o método de revestimento de fundição de gota, o perfil de liberação de EVs das superfícies e a biocompatibilidade in vitro de superfícies Ti revestidas de EVs.

Funcionalização vesícula extracelular derivada de plaquetas de implantes ti

O presente protocolo descreve a impressão 3D baseada em processamento de luz digital de materiais polimédicos utilizando a polimerização da cadeia de transferência de adição reversível do tipo I e a subsequente pós-funcionalização do material in situ via polimerização mediada pela superfície. A impressão 3D fotoinduzida fornece materiais com propriedades a granel e interfaciais independentemente adaptadas e espacialmente controladas.

Impressão 3D e Modificação da superfície in situ através da polimerização da cadeia de adição reversível do tipo I fotoinitida

Este trabalho ilustra uma técnica de fabricação de baixo custo para fios/armações de nitinol de configuração de forma com um fator de forma pequeno usando acessórios de sacrifício. A técnica é demonstrada para a fabricação de armações autoexpansíveis projetadas para implantes minimamente invasivos com formas complexas.

Formação e teste rápidos de estruturas de NiTi autoexpansíveis com um fator de forma pequeno adequado para implantes minimamente invasivos

O presente protocolo descreve um modelo experimental baseado em coloração de tinta que pode ser usado para descontaminação in vitro da superfície do implante e pesquisa de rugosidade para contribuir com a tomada de decisão clínica.

Efeitos dos métodos mecânicos usados no tratamento da peri-implantite na descontaminação e rugosidade da superfície do implante

Este artigo apresenta um protocolo para avaliar os efeitos de diferentes métodos de fabricação (PMMA termopolimerizado, PMMA fresado CAD-CAM e resina impressa em 3D) e técnicas de polimento (papéis abrasivos de carboneto de silício de grão 600, 800 e 1000) na rugosidade superficial (Ra) de materiais à base de resina usados para próteses totais.

Impacto das técnicas de fabricação e procedimentos de polimento na rugosidade da superfície das resinas de base de prótese

Nós apresentamos uma simples sobreposição de agarose plataforma para crescer 3D esferóides multicelulares utilizando linhas celulares de cancro neuroendócrino. Este método oferece uma maneira muito conveniente para examinar o efeito de drogas terapêuticas sobre as células tumorais neuroendócrinos. Também poderia ajudar-nos a estabelecer humanos esferóides tumor neuroendócrino para terapia de câncer.

Humanos Linhas tumor neuroendócrino de células como um modelo tridimensional para o estudo da terapia de tumores humanos Neuroendócrino

Aprenda o polimento a plasma para ligas de titânio porosas em impressão 3D. Este método reduz significativamente a rugosidade superficial, removendo pós semimoltenos e camadas de óxido, melhorando a qualidade da superfície de peças metálicas complexas.

Polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3D (Vídeo) | JoVE Journal

Polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3D

Explorar mais vídeos