Plasmapolieren als neue Polieroption zur Reduzierung der Oberflächenrauheit poröser Titanlegierungen für den 3D-Druck

Da der innere Puls poröser Strukturen durch konventionelle mechanische Verschmutzung nicht poliert werden kann, muss eine alternative Methode gefunden werden. Die Plasmaverschmutzung ist eine umweltfreundliche Bearbeitungsmethode, die besonders bei mentalen Werkstücken mit komplexen Formen wirksam ist. Legen Sie zunächst die getrennten Werkstücke aus Titanlegierung in den Titankorb, ohne dass sich die verschiedenen Werkstücke berühren.

Stellen Sie den Titankorb bei Raumtemperatur in den Wärmebehandlungsofen und schließen Sie die Ofentür. Öffnen Sie das Gasventil, um die Luft zu entfernen und das entsprechende Vakuum aufrechtzuerhalten. Um den Wärmebehandlungsprozess einzustellen, heizen Sie den Ofen zunächst 1,5 Stunden lang auf 800 Grad Celsius auf und halten Sie die Temperatur dann zwei Stunden lang, bevor Sie abkühlen.

Kühlen Sie den Ofen nach der Wärmebehandlung auf Raumtemperatur ab und füllen Sie den Ofen mit Luft. Sobald der Ofen wieder atmosphärischen Druck erreicht hat, wie auf der Platte zu sehen, nehmen Sie das poröse Werkstück aus Titanlegierung heraus. Um die Oberflächen des Werkstücks mit einem konfokalen Mikroskop abzubilden, legen Sie das Werkstück horizontal auf die Lagerplattform.

Messen Sie die arithmetische mittlere Rauheit der Oberfläche oder den RA-Parameter. Wählen Sie die 2,5-fache Vergrößerung und wählen Sie Weitwinkel für den Live-Modus. Um die Gesamtsituation zu beobachten, klicken Sie auf automatische Intensität und gehen Sie zur 5-fachen Vergrößerung.

Klicken Sie auf "Automatische Intensität" und stellen Sie den Live-Modus auf "Komposition" ein. Wählen Sie den gewünschten Bereich aus, klicken Sie auf "Zuerst am tiefsten Punkt festlegen" und zuletzt auf "Zuletzt am höchsten Punkt" und stellen Sie die Aufnahme auf "Normal" ein. Importieren Sie die Ergebnisse nach etwa fünf Minuten in ein neues Dokument in der Software ConfoMap ST8.

Die RA ist einfach in der Parametertabelle in ConfoMap ST zu erhalten. Beobachten Sie den Gesamtzustand des Werkstücks mit einem Fünffachspiegel. Wechseln Sie dann zu einem Hochleistungsspiegel und fokussieren Sie das Sichtfeld auf ein Trabekel. Quantifizieren Sie den Plasmapoliereffekt durch die RA des Werkstücks vor dem Plasmapolieren.

Verwenden Sie zum Plasmapolieren als Elektrolyt eine 4%ige Ammoniumsulfatlösung mit einem pH-Wert zwischen 5,7 und 6,1. Legen Sie die Oberfläche des porösen Werkstücks aus Titanlegierung, das poliert werden soll, horizontal auf und befestigen Sie es auf der Vorrichtung. Setzen Sie dann die Vorrichtung in die Plasmapoliermaschine ein.

Stellen Sie den Polierstrom auf 59 Amperepaare, die Spannung auf 313 Volt und die Polierelektrolyttemperatur auf 101,6 Grad Celsius ein und führen Sie das Plasmapolieren nach diesen Parametern durch. Nachdem Sie 90 Sekunden lang Plasmapolieren durchgeführt haben, nehmen Sie die Vorrichtung aus der Plasmapoliermaschine. Verändern Sie dann leicht die Position des Spannpunkts, an dem das Werkstück an der Vorrichtung befestigt ist.

Dort fand keine elektrochemische Reaktion statt, da es nicht mit der Polierlösung in Berührung kam. Führen Sie das Plasmapolieren erneut 90 Sekunden lang durch und nehmen Sie die Vorrichtung aus der Plasmapoliermaschine. Nehmen Sie das Werkstück aus der Vorrichtung und legen Sie es in die Ultraschallreinigungsmaschine mit deionisiertem Wasser.

Stellen Sie die Wassertemperatur auf 30 Grad Celsius ein und reinigen Sie das Werkstück zwei Minuten lang. Nehmen Sie nach zwei Minuten das Werkstück heraus und blasen Sie die Restflüssigkeit mit Hochdruckluft aus. Nach Abschluss des Plasmapolierens werden die Oberflächen mit Rasterelektronenmikroskopie und konfokaler Mikroskopie auf die gleiche Weise wie zuvor gezeigt abgebildet.

Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigten den Unterschied in den Oberflächenmorphologien des porösen Werkstücks aus Titanlegierung vor und nach dem Plasmapolieren. Bei 30-facher und 100-facher Vergrößerung erschien die Oberfläche vor dem Plasmapolieren rauer. Bei einer Vergrößerung auf das 500-fache fehlten die halbgeschmolzenen Pulver und ablativen Oxidschichten, die vor dem Plasmapolieren auf der Legierungsoberfläche beobachtet wurden, nach dem Polieren größtenteils.

Interessanterweise stimmten die poröse Größe und der Trabekeldurchmesser auch nach dem Polieren mit dem Design überein. Das gesamte und ein Teil des porösen Werkstücks aus Titanlegierung wurden mit dem schnellen konfokalen Rotationsmikroskop abgebildet. Die Oberflächenrauheit war in beiden Fällen vor dem Plasmapolieren hoch.

Die Oberflächenrauheit poröser Strukturen, wie sie durch die RA aufgedeckt wurde, wurde nach dem Polieren deutlich reduziert. Diese Technologie hat erklärt, dass poröse Werkstücke aus Titanlegierungen die Oberflächenrauheit durch die Plasmaverschmutzungstechnologie reduzieren können. Weitere Studien können durchgeführt werden, um die optimalen Parameter zu bestimmen.