Summary
Le polissage plasma est une technologie de traitement de surface prometteuse, particulièrement adaptée à l’impression 3D de pièces poreuses en alliage de titane. Il peut éliminer les poudres semi-fondues et les couches d’oxyde ablatif, réduisant ainsi efficacement la rugosité de surface et améliorant la qualité de surface.
Abstract
Les implants poreux en alliage de titane avec os trabéculaire simulé fabriqués par la technologie d’impression 3D ont de larges perspectives. Cependant, en raison du fait qu’une certaine poudre adhère à la surface de la pièce pendant le processus de fabrication, la rugosité de surface des pièces d’impression directe est relativement élevée. Dans le même temps, étant donné que les pores internes de la structure poreuse ne peuvent pas être polis par polissage mécanique conventionnel, une méthode alternative doit être trouvée. En tant que technologie de surface, la technologie de polissage plasma est particulièrement adaptée aux pièces aux formes complexes difficiles à polir mécaniquement. Il peut éliminer efficacement les particules et les résidus d’éclaboussures fines fixés à la surface des pièces en alliage de titane poreux imprimées en 3D. Par conséquent, il peut réduire la rugosité de surface. Tout d’abord, la poudre d’alliage de titane est utilisée pour imprimer la structure poreuse de l’os trabéculaire simulé avec une imprimante 3D en métal. Après l’impression, le traitement thermique, le retrait de la structure de support et le nettoyage par ultrasons sont effectués. Ensuite, le polissage plasma est effectué, consistant à ajouter un électrolyte de polissage avec le pH réglé à 5,7, à préchauffer la machine à 101,6 ° C, à fixer la pièce sur le dispositif de polissage et à régler la tension (313 V), le courant (59 A) et le temps de polissage (3 min). Après polissage, la surface de la pièce poreuse en alliage de titane est analysée par un microscope confocal et la rugosité de surface est mesurée. La microscopie électronique à balayage est utilisée pour caractériser l’état de surface du titane poreux. Les résultats montrent que la rugosité de surface de l’ensemble de la pièce en alliage de titane poreux est passée de Ra (rugosité moyenne) = 126,9 μm à Ra = 56,28 μm, et la rugosité de surface de la structure trabéculaire est passée de Ra = 42,61 μm à Ra = 26,25 μm. Pendant ce temps, les poudres semi-fondues et les couches d’oxyde ablatif sont éliminées et la qualité de surface est améliorée.
Introduction
Le titane et les matériaux en alliage de titane ont été largement utilisés comme matériaux d’implants dentaires et orthopédiques en raison de leur bonne biocompatibilité, de leur résistance à la corrosion et de leur résistance mécanique 1,2,3. Cependant, en raison du module d’élasticité élevé de l’alliage de titane compact produit par les méthodes de traitement traditionnelles, ces plaques ne conviennent pas à la réparation osseuse, car la proximité de la surface osseuse pendant de longues périodes peut entraîner un blindage sous contrainte et une fragilisation osseuse 4,5 . Par conséquent, la microstructure poreuse des trabécules osseuses simulées doit être utilisée dans les implants en alliage de titane afin de réduire son module d’élasticité au niveau correspondant à l’os 6,7. De nombreux échafaudages ont été utilisés dans le domaine de l’orthopédie pour améliorer la viabilité cellulaire, l’attachement, la prolifération et le homing, la différenciation ostéogénique, l’angiogenèse, l’intégration de l’hôte et la mise en charge 4,8,9. Les méthodes traditionnelles de fabrication des structures métalliques poreuses comprennent la méthode de gabarit structurel, la méthode de formation de défauts, la méthode de compression ou de dioxyde de carbone supercritique, la technique d’électrodéposition10,11, etc. Bien que ces techniques de production soient très traditionnelles, elles gaspillent parfois des matières premières et ont des coûts préparatoires substantiels par rapport à l’impression 3D12,13. L’impression 3D est une technologie qui utilise de la poudre métallique ou plastique et d’autres matériaux adhésifs pour construire des objets 3D solides à partir de modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) via le dépôt de couches sus-jacentes14,15 . L’impression 3D montre un grand potentiel dans la personnalisation directe d’échafaudages cellulaires métalliques pour implants orthopédiques et ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de conceptions complexes personnalisables avec des pores hautement interconnectés. Parmi elles, la fusion sélective par laser (SLM) est l’une des technologies d’impression et de fabrication 3D les plus représentatives des structures implantaires poreuses en titane[16].
Le procédé SLM utilise de la poudre d’alliage de titane comme matière première, essentiellement la poudre fondue et la formation de la structure. Par conséquent, un grand nombre de poudres semi-fondues et de couches d’oxyde ablatif adhèrent souvent à la surface des implants en alliage de titane, ce qui conduit à une rugosité de surface élevée17. La mauvaise qualité de surface des implants orthopédiques poreux en titane entraîne une inflammation, une diminution des performances de fatigue et même de nouveaux risques biologiques[18 ]. Étant donné que les pores internes des structures poreuses ne peuvent pas être polis par polissage mécanique conventionnel, une méthode alternative doit être trouvée. Le polissage plasma est une nouvelle méthode de polissage vert pour les pièces métalliques qui permet de polir efficacement des pièces aux formes complexes sans pollution19 . Il a un grand potentiel de développement dans le domaine du post-traitement des implants en alliage de titane.
En tant que technologie de surface, la technologie de polissage plasma est particulièrement adaptée aux pièces métalliques aux formes complexes qui ne sont pas faciles à polir mécaniquement. L’objectif global de cette option de polissage est d’obtenir une surface en alliage de titane poreux à faible rugosité. La technologie permet d’éliminer efficacement les particules et les résidus d’éclaboussures fines fixés à la surface des implants orthopédiques poreux en titane fabriqués par impression 3D et de réduire la rugosité de surface20. Le principe du polissage plasma est un procédé de réaction composite basé sur une combinaison d’élimination chimique et physique induite par le courant21 ; L’ensemble du circuit forme un court-circuit transitoire, formant une couche environnante de plasma de vapeur sur la surface de la pièce20. Ce processus traverse la couche de gaz pour former un canal de décharge, impactant la surface de la pièce. Le courant plus élevé impacte la partie convexe de la surface de la pièce, ce qui accélère l’élimination de la poudre semi-fondue et de la couche d’oxyde brûlée. La concavité et la convexité changent constamment, et la surface rugueuse devient progressivement lissée, améliorant la rugosité de surface de la pièce pour atteindre l’objectif de polissage.
En même temps, cette technologie est une technologie de traitement verte, ne causant aucune pollution à l’environnement, et présente de grands avantages par rapport aux autres méthodes de polissage. Les techniques de polissage mécanique conventionnelles comprennent principalement le polissage mécanique, le polissage chimique et le polissage électrochimique22. Le polissage mécanique est le procédé de polissage conventionnel le plus largement utilisé; Il présente les inconvénients d’une faible efficacité de polissage, d’une demande plus élevée de main-d’œuvre manuelle et de l’incapacité de polir des pièces avec des géométries complexes. Le risque de blessure chez les employés et la probabilité de dépassement des tolérances en raison de facteurs humains sont des inconvénients fréquents du polissage mécanique23. Contrairement au polissage chimique, qui est basé sur l’utilisation d’une solution chimique pour enlever des parties du matériau d’une pièce, le polissage électrochimique utilise un courant électrique et une solution chimique pour obtenir le même résultat. Malheureusement, ces deux procédés produisent des gaz et des liquides dangereux en tant que sous-produits d’utilisation, dont la composition dépend de la résistance du réactif chimique acide ou alcalin utilisé. En conséquence, non seulement les travailleurs présents sont considérés comme étant à risque en raison de l’exposition, mais il existe également un risque de dommages graves à l’environnement24. Aliakseyeu et al.25 ont proposé d’utiliser le polissage au plasma pour polir des pièces en alliage de titane avec une composition électrolytique simple. Ils ont constaté qu’après le polissage, les rayures de surface de l’échantillon de titane sont éliminées et que la brillance de surface est considérablement améliorée. Smyslova et al.26 ont délibéré sur les perspectives d’application de la technologie de polissage au plasma pour traiter les surfaces des implants médicaux.
Théoriquement, la technologie de polissage plasma peut être utilisée pour polir la structure de n’importe quelle pièce métallique. Il a été largement appliqué pour le revêtement, dans les industries de finition des métaux et dans l’électronique 3C, entre autres22,27,28. Cependant, la présente étude comporte certaines limites. Tout d’abord, le manuscrit se concentre uniquement sur la qualité de surface et la rugosité de surface de l’impression 3D d’alliage de titane poreux avant et après polissage au plasma; Les autres modifications ne sont pas impliquées. Deuxièmement, nous n’avons pas mesuré et enregistré les résultats après le traitement thermique. Jinyoung Kim et al.29 ont comparé les stratégies de modification de surface du titane pour l’amélioration de l’ostéointégration. Une autre étude montre que la technique de pulvérisation cathodique induite par des ions cibles (TIPS) peut conférer d’excellentes fonctions biologiques à la surface des bio-implants métalliques30. Afin d’étudier plus avant l’efficacité et la sécurité du polissage de l’alliage de titane poreux pour l’impression 3D, la prochaine étape consistera à étudier plus avant les autres propriétés de la pièce SLM, telles que la performance en fatigue et la différenciation ostéogénique. Ces questions doivent être affinées. Ce travail diffère des études antérieures de polissage au plasma en ce qu’il se concentre sur l’impression 3D d’alliage de titane poreux plutôt que d’alliage de titane compact. En conséquence, différents procédés de fabrication doivent adopter des paramètres de polissage différents. Le but de ce manuscrit est d’introduire en détail le schéma de polissage plasma de l’impression 3D en alliage de titane poreux, afin de réduire la rugosité de surface des pièces.
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Protocol
1. Impression et préparation d’une pièce en alliage de titane
- Préparez une pièce en alliage de titane poreux en utilisant la technique d’impression SLM. Importez des fichiers au format STL dans l’imprimante métal, ajoutez de la poudre Ti-6Al-4V, installez le substrat de construction, configurez le balai d’essuie-glace, définissez la taille du spot laser sur 70 μm et définissez l’épaisseur de la couche sur 30 μm (Figure 1).
- Poudre Ti-6Al-4V de grade 23 avec composition chimique comme indiqué dans le tableau 1 et une granulométrie de poudre de 15-53 μm.
- Concevoir la structure poreuse en alliage de titane avec os trabéculaire simulé basé sur l’anisotropie polygonale de Tyson en utilisant la modélisation paramétrique, avec une taille d’ouverture de 400-600 μm, un petit diamètre de faisceau de 100-300 μm et une porosité de 70%31 .
- Assurez-vous que la pièce poreuse en alliage de titane a la forme de la cage lombaire médicale32. Pour la structure poreuse et la cage lombaire, utilisez des opérations booléennes pour obtenir la structure poreuse de la pièce.
2. Traitement thermique
- Un gradient de température élevé lors de l’impression SLM entraînera une contrainte résiduelle dans la pièce. Utilisez un traitement thermique pour éliminer la contrainte résiduelle à l’intérieur de la pièce et maintenir la ténacité, la plasticité, la résistance à la traction et d’autres propriétés physiques de la pièce.
- Séparez la pièce poreuse en alliage de titane du substrat d’impression après l’impression à l’aide d’une machine de découpe de fil à vitesse moyenne. Installez la plaque de titane sur la machine de découpe de fil à vitesse moyenne, afin de rendre la plaque perpendiculaire au sol, et assurez-vous que le fil entre juste en contact avec la surface de support. Ensuite, coupez le long du support et de la plaque de titane pour séparer la pièce poreuse en alliage de titane du substrat d’impression.
- Placez la pièce poreuse en alliage de titane dans la machine de nettoyage à ultrasons avec de l’eau désionisée pendant 15 minutes et la température contrôlée à 30 °C. Maintenez la fréquence ultrasonore à 40 000 Hz. Le nettoyage par ultrasons vise à éliminer la poudre d’alliage de titane restant dans la structure poreuse.
- Répétez la procédure de nettoyage par ultrasons susmentionnée quatre fois pour éliminer la poudre d’alliage de titane résiduelle et l’eau désionisée de la structure poreuse. Après cela, dirigez l’air à haute pression sur la structure poreuse pendant 20 s pour éliminer la poudre résiduelle et le liquide. La pression de l’air haute pression est de 0,71 MPa, qui est générée par un compresseur d’air et un sécheur d’air.
- Placez le panier en titane dans le four de traitement thermique à température ambiante. Le panier en titane est équipé de pièces en alliage de titane séparées du substrat. Empêchez les différentes pièces de se toucher et fermez la porte du four.
- Ouvrez la vanne de gaz, retirez l’air et maintenez le degré de vide à 3,9 x 10-3 Pa.
- Réglez le processus de traitement thermique. Tout d’abord, chauffez le four à 800 °C pendant 1,5 h, maintenez la température pendant 2 h, puis refroidissez la pièce à usiner à l’intérieur du four. Ce processus garantit que la pression de vide reste inchangée.
- Après le traitement thermique, refroidissez le four à température ambiante et remplissez le four d’air. Après être revenu à la pression atmosphérique, comme on le voit sur le panneau, retirez la pièce poreuse en alliage de titane.
3. Suppression du support
- Après traitement thermique, les pièces poreuses en alliage de titane n’ont pas de contrainte résiduelle interne, de sorte que la surface de la pièce ne se fissurera pas et / ou ne se fracturera pas lors du retrait du support.
- Mesurez l’épaisseur du support à l’aide d’un étrier vernier, fixez la pièce sur la machine d’usinage par décharge électrique (EDM) de découpe de fil à basse vitesse et assurez-vous que le fil de cuivre entre en contact avec la surface de support.
- Réglez la profondeur de coupe égale à l’épaisseur du support. Il est inévitable que le retrait du support par la machine d’électroérosion à fil de coupe forme une couche d’oxyde d’ablation. Lorsque vous retirez le support, assurez-vous que la pièce est immergée dans de l’eau désionisée afin de minimiser les brûlures à la surface de la pièce.
- Une conception de support raisonnable garantit la précision lors du retrait du support. S’il y a encore des résidus de support, polissez la pièce avec du papier de verre.
4. Nettoyage par ultrasons
- Étant donné que la pièce est immergée dans de l’eau désionisée lors du retrait du support, effectuez un nettoyage par ultrasons avant le polissage au plasma pour éliminer les autres impuretés.
- Placez la pièce poreuse en alliage de titane dans la machine de nettoyage à ultrasons avec de l’eau désionisée, réglez la température de l’eau à 30 ° C et nettoyez-la pendant 5 minutes. Après 5 min, sortez la pièce et soufflez le liquide résiduel avec de l’air à haute pression.
5. Première caractérisation
- Microscope électronique à balayage (MEB) : Imagez les surfaces avec un MEB à une tension d’accélération de 15 et 20 kV, après nettoyage par ultrasons et avant polissage plasma.
- Prenez des images à des champs visuels de 30x, 100x et 500x. Observez la morphologie générale de la surface, l’adhésion des particules et la taille des pores de la pièce poreuse en alliage de titane, et évaluez qualitativement l’effet de polissage au plasma.
- Microscope confocal: Imagez les surfaces à l’aide d’un microscope confocal.
- Placez la pièce sur la plate-forme de stockage horizontalement. Mesurez le paramètre de rugosité moyenne arithmétique (Ra) de surface. Utilisez les logiciels ZEN core v3.0 et ConfoMap ST 8.0.
- Sélectionnez un grossissement de 2,5x, choisissez Large pour le mode live, cliquez sur Intensité automatique, puis passez à un grossissement 5x pour observer la situation globale. Cliquez sur Intensité automatique et définissez le mode live sur Comp. Sélectionnez la zone d’intérêt, cliquez sur Définir en premier au point le plus bas et Définir en dernier au point le plus élevé, puis définissez l’acquisition sur Normal.
- Après environ 5 minutes, importez les résultats dans un nouveau document dans ConfoMap ST 8.0. Le Ra est facile à obtenir dans le tableau des paramètres de ConfoMap ST.
- Observez l’état général de la pièce avec un miroir quintuple, puis passez à un miroir haute puissance et concentrez le champ de vision sur un trabecula. Évaluer quantitativement l’effet de polissage plasma en décrivant le Ra de la pièce poreuse en alliage de titane avant le polissage plasma.
6. Polissage plasma
- Pour cela, utilisez une cellule électrolytique pour immerger la pièce dans un électrolyte connecté comme une anode20. Utiliser une solution de sulfate d’ammonium à 4 % [(NH 4)2SO4], pH compris entre 5,7 et 6,1, comme électrolyte. Préchauffer l’électrolyte de polissage à 80 °C avant le polissage plasma.
- Réglez le courant de polissage sur 59 A, la tension sur 313 V et la température de l’électrolyte de polissage sur 101,6 °C (Figure 2A). Effectuer le polissage plasma en fonction de ces paramètres.
- Placez la surface de la pièce poreuse en alliage de titane à polir horizontalement et fixez-la sur le luminaire, puis placez le luminaire dans la machine de polissage plasma (Figure 2B). Effectuez le polissage plasma pendant 90 s, puis retirez le luminaire de la machine de polissage plasma.
- Étant donné que la pièce poreuse en alliage de titane est fixée sur le luminaire à travers le point de serrage, le point de serrage n’est pas en contact avec la solution de polissage et la réaction électrochimique correspondante ne se produit pas au point de serrage. Par conséquent, modifiez légèrement la position du point de serrage après le retrait du luminaire.
- Effectuez à nouveau le polissage plasma pendant 90 s et retirez le luminaire de la machine de polissage plasma. Retirez la pièce poreuse en alliage de titane du luminaire, puis placez-la dans la machine de nettoyage à ultrasons avec de l’eau désionisée.
- Réglez la température de l’eau à 30 °C et nettoyez la pièce pendant 2 min. Après 2 min, sortez la pièce et soufflez le liquide résiduel avec de l’air à haute pression.
7. Deuxième caractérisation
- Une fois le polissage plasma terminé, imagez les surfaces à l’aide d’un MEB et d’un microscope confocal de la même manière qu’à l’étape 5. Évaluez l’influence du polissage au plasma sur la rugosité et la qualité de surface de l’impression 3D en alliage de titane poreux en comparant les deux résultats de prise de vue ci-dessus.
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Representative Results
Morphologie de surface
La figure 3 montre le résultat MEB de la morphologie de surface de la pièce poreuse en alliage de titane avant et après polissage au plasma. Nous avons observé qu’à un grossissement de 30x et 100x, la surface de la pièce poreuse en alliage de titane avant polissage plasma semble être plus rugueuse (Figure 3A,B). Lorsqu’il a été agrandi à 500x, nous avons constaté qu’une grande quantité de poudres semi-fondues et de couches d’oxyde ablatives pouvait être observée à la surface de l’alliage de titane poreux (Figure 3C). Cependant, la plupart des poudres semi-fondues et des couches d’oxyde ablatif à la surface de l’alliage poreux de titane ont été éliminées après polissage au plasma (figure 3F). En même temps, la taille des pores et le diamètre trabéculaire étaient conformes à la conception, qui n’a pas été endommagée (figure 3D,E). Cela montre que le polissage plasma peut améliorer la qualité de surface des pièces en alliage de titane poreux d’impression 3D et n’endommage pas la structure des pores de conception d’origine.
Mesure de la rugosité de surface
La totalité et une partie de la pièce poreuse en alliage de titane ont été imagées à l’aide du microscope confocal rotatif rapide, comme le montre la figure 4, et la rugosité de surface a été mesurée. La rugosité de surface est élevée, qu’il s’agisse de toute la surface de l’alliage poreux de titane ou d’une petite poutre formant une structure poreuse, avant polissage plasma (Figure 4A,B). La rugosité de surface de la structure poreuse est considérablement réduite; le Ra de la surface totale est de 56,28 μm (Figure 4C), tandis que le Ra d’une partie de la pièce poreuse en alliage de titane est de 26,65 μm (Figure 4D).
Figure 1 : Impression 3D métal SLM. La technologie d’impression SLM est utilisée et la poudre 23 Ti-6Al-4V est calibrée pour préparer une pièce poreuse en alliage de titane. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Machine de polissage plasma et appareil de polissage. (A) Paramètres de réglage de la machine de polissage plasma : le courant de polissage est réglé sur 59 A, la tension est réglée sur 313 V et la température de l’électrolyte de polissage est réglée sur 101,6 °C, après préchauffage de l’électrolyte de polissage. (B) Appareil de polissage. La surface de la pièce poreuse en alliage de titane à polir est placée horizontalement et fixée sur le luminaire, garantissant que le luminaire est immergé dans l’électrolyte de polissage. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Les images de la pièce en alliage de titane poreux imprimée en 3D à l’aide d’un MEB. Avant le polissage au plasma, (A) à 30x, toute la structure poreuse peut être observée. (B) À 100x, la structure des pores peut être observée. La surface de la pièce poreuse en alliage de titane avant le polissage plasma semble être plus rugueuse. (C) À 500x, une grande quantité de poudres semi-fondues et de couches d’oxyde ablatif peut être observée à la surface de la structure trabéculaire. Après polissage au plasma, (D) à 30x, toute la structure poreuse peut être observée. (E) À 100x, la structure des pores peut être observée. La taille des pores et le diamètre trabéculaire étaient conformes à la conception, qui n’a pas été endommagée. (F) À 500x, la plupart des poudres semi-fondues et des couches d’oxyde ablatif à la surface de l’alliage poreux de titane ont été éliminées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Les images de la pièce en alliage de titane poreux imprimée en 3D à l’aide d’un microscope confocal. L’image montre la morphologie de surface de l’alliage de titane poreux, l’axe des coordonnées représentant la longueur. Après le polissage au plasma, la surface de l’alliage de titane poreux présente un aspect métallique brillant. (A) L’ensemble de la pièce en alliage de titane poreux a été imagé avant le polissage plasma, Ra = 126,9 μm. (B) Une partie de la pièce en alliage de titane poreux a été imagée avant le polissage plasma, Ra = 42,61 μm. (C) L’ensemble de la pièce en alliage de titane poreux a été imagé après polissage au plasma, Ra = 56,28 μm. La rugosité globale de la surface peut être réduite par polissage au plasma. (D) Une partie de la pièce poreuse en alliage de titane a été imagée après polissage au plasma, Ra = 26,65 μm. La rugosité de surface de la structure trabéculaire peut être réduite par polissage au plasma. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Élément | Masse (%) |
| Titane | Balance |
| Aluminium | 5,50 à 6,50 |
| Vanadium | 3,50 à 4,50 |
| Fer | < 0,25 |
| Oxygène | < 0,13 |
| Carbone | < 0,08 |
| Azote | < 0,05 |
| Hydrogène | < 0,012 |
| Résiduel | < 0,10 chacun, 0,40 au total |
Tableau 1 : Composition chimique de la poudre d’alliage Ti-6Al-4V.
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Discussion
La rugosité de surface est utilisée pour décrire la quantité d’ondulation et d’irrégularité des formes microgéométriques sur les surfaces de pièces à usiner dans une petite plage d’espacement. Un certain nombre d’études antérieures ont rapporté comment polir des surfaces métalliques en utilisant différentes procédures, telles que le polissage mécanique, le polissage chimique, le polissage électrochimique, etc. 22,33,34,35. Bien que de nombreuses études aient montré des effets de polissage prospectifs basés sur ces techniques de polissage mécanique conventionnelles, la méthode de polissage pour l’impression 3D d’alliage de titane poreux est cruciale afin de réduire la rugosité de surface. Le polissage plasma permet de polir efficacement des pièces aux formes complexes sans pollution. Par conséquent, la rugosité de surface peut mesurer la qualité de surface d’un alliage de titane poreux imprimé en 3D. La rugosité de surface des implants orthopédiques métalliques peut non seulement optimiser les interactions implant-os, mais simultanément minimiser les interactions implant-bactérie36 . Les échafaudages cellulaires métalliques peuvent fournir un endroit où les cellules et les vaisseaux sanguins peuvent se développer, tandis que les ostéoblastes semblent préférer les surfaces plus rugueuses37. Dans cette expérience, la rugosité de surface de l’alliage de titane poreux imprimé en 3D est maintenue à 26,65 μm après polissage au plasma, ce qui répond aux exigences de base de promotion de la croissance des cellules et des vaisseaux sanguins.
Il est essentiel d’effectuer un nettoyage par ultrasons avant le traitement thermique, afin d’éviter que la structure poreuse ne soit bloquée par la poudre de titane fondue. La pièce poreuse en alliage de titane est placée dans la machine à ultrasons avec de l’eau désionisée pendant 15 minutes pour le nettoyage. La poudre d’alliage de titane résiduelle est soufflée avec de l’air à haute pression après le nettoyage, et le nettoyage par ultrasons et le soufflage de la poudre résiduelle sont répétés trois fois de plus. En d’autres termes, 1 h de nettoyage par ultrasons et quatre cas de soufflage d’air à haute pression sont effectués pour éliminer la poudre d’alliage de titane résiduelle.
Pendant le polissage au plasma, la pièce doit être délicatement fixée sur le luminaire pour protéger la trabecula de la structure poreuse contre les dommages, car un peu des appareils de polissage deviennent plus tranchants après un polissage freuqent. Le luminaire est retiré de la machine de polissage plasma, la position du point de serrage est légèrement modifiée après le polissage pendant 90 s, puis le polissage plasma est effectué pendant les 90 s restantes. Si le polissage au plasma dure 180 s à la fois sans modifier la position du point de serrage, le polissage autour du point de serrage sera réussi, mais le point de serrage recouvert par le dispositif en alliage de titane poreux présentera un état de surface non poli.
Cependant, cette technologie de polissage présente également certaines limites, telles qu’une consommation d’énergie élevée. En raison de la limitation de la taille du bain, l’équipement de polissage plasma ne peut pas traiter de grandes pièces. Cette technologie peut également être étudiée plus avant. Il est recommandé d’utiliser davantage d’études de modélisation et de simulation pour prédire avec précision les valeurs optimales des paramètres du procédé, dans le but d’obtenir les améliorations prévues de la pièce tout en minimisant le temps et les dépenses nécessaires à l’expérimentation. Nous pouvons mener d’autres études pour déterminer les paramètres optimaux pour le polissage plasma des pièces poreuses en alliage de titane22.
D’un point de vue microscopique, le polissage au plasma est un processus dans lequel la surface d’un métal est fondue par la chaleur générée par un impact électronique à grande vitesse. Il s’agit d’une nouvelle tendance de développement dans le domaine de la fabrication écologique et de l’usinage de précision et convient parfaitement aux alliages de titane poreux imprimés en 3D. En conclusion, ce protocole de polissage des pièces en alliage de titane poreux d’impression 3D sera une nouvelle option pour réduire la rugosité de surface et améliorer la qualité de surface.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Je tiens à remercier mon superviseur, Wenhua Huang, pour avoir fourni des conditions de soutien et des conseils pour cette expérience. Cette recherche a été financée par le projet de construction de disciplines de l’Université médicale du Guangdong (4SG22260G), le projet des jeunes talents innovants des établissements d’enseignement supérieur du Guangdong (2021KQNCX023), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82205301) et le projet de recherche sur les soins de santé de Futian (FTWS2022051).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Confocal microscope: Smartproof-5 | ZEISS | 4702000198 | |
| ConfoMap ST 8.0 | ZEISS | 4702000198 | |
| Electrical discharge machining (EDM) machine: MV1200S | Mitsubishi Electric Automation (China) Ltd. | 92U3038 | |
| Heat treatment furnace: HSQ1-644 | Jiangsu Huasu Industrial Furnace Manufacturing CO., LTD. | HSD20190812403 | |
| Metal 3D printer: Renishaw AM400 | Renishaw plc | 1HGW89 | |
| Middle speed wire-cut machine: HQ-400EZ | Suzhou Hanqi CNC Equipment CO., LTD. | W40ES20005 | |
| Permanent magnet frequency conversion screw air compressor M7-Y75AZ | KUNJI MACHINERY(SHANGHAI) MANUFACTURING CO.,LTD. | 19055065 | |
| Refrigeration compressed air dryer SY-230FG | Shanghai TaiLin Compressor Co., Ltd. | S190826698 | |
| Scanning electron microscope (SEM): JSM-IT100 | JEOL (BEIJING) CO., LTD. | MP1030004260426 | |
| Titanium alloy powder | Renishaw plc | H-5800-1086-01-A | |
| Ultrasonic cleaning machine: AK-030S | Shenzhen Yujie Cleaning Equipment Co., Ltd | 30820004 | |
| ZEN core v3.0 | ZEISS | 4702000198 |
References
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