Плазменная полировка как новый вариант полировки для снижения шероховатости поверхности пористого титанового сплава для 3D-печати

Резюме

Плазменная полировка является перспективной технологией обработки поверхности, особенно подходящей для 3D-печати заготовок из пористого титанового сплава. Он может удалять полурасплавленные порошки и абляционные оксидные слои, тем самым эффективно уменьшая шероховатость поверхности и улучшая качество поверхности.

Аннотация

Широкие перспективы имеют имплантаты из пористого титанового сплава с имитацией трабекулярной кости, изготовленные по технологии 3D-печати. Однако из-за того, что некоторое количество порошка прилипает к поверхности заготовки в процессе изготовления, шероховатость поверхности у деталей прямой печати относительно высока. В то же время, поскольку внутренние поры пористой структуры не могут быть отполированы обычной механической полировкой, необходимо найти альтернативный метод. В качестве технологии обработки поверхностей технология плазменной полировки особенно подходит для деталей сложной формы, которые трудно поддаются механической полировке. Он может эффективно удалять частицы и мелкие остатки брызг, прикрепленные к поверхности напечатанных на 3D-принтере заготовок из пористого титанового сплава. Следовательно, он может уменьшить шероховатость поверхности. Во-первых, порошок титанового сплава используется для печати пористой структуры моделируемой трабекулярной кости металлическим 3D-принтером. После печати проводится термообработка, снятие несущей конструкции, ультразвуковая очистка. Затем выполняется плазменная полировка, состоящая из добавления полировального электролита с рН, установленным на 5,7, предварительного нагрева машины до 101,6 °C, фиксации заготовки на полировальном приспособлении и установки напряжения (313 В), тока (59 А) и времени полировки (3 мин). После полировки поверхность заготовки из пористого титанового сплава анализируется конфокальным микроскопом и измеряется шероховатость поверхности. Сканирующая электронная микроскопия используется для характеристики состояния поверхности пористого титана. Результаты показывают, что шероховатость поверхности всей заготовки из пористого титанового сплава изменялась от Ra (средняя шероховатость) = 126,9 мкм до Ra = 56,28 мкм, а шероховатость поверхности трабекулярной структуры изменялась от Ra = 42,61 мкм до Ra = 26,25 мкм. Между тем, полурасплавленные порошки и абляционные оксидные слои удаляются, а качество поверхности улучшается.

Введение

Материалы из титана и титановых сплавов широко используются в качестве материалов для стоматологических и ортопедических имплантатов из-за их хорошей биосовместимости, коррозионной стойкости и механической прочности ^1,2,3. Однако из-за высокого модуля упругости компактного титанового сплава, полученного традиционными методами обработки, эти пластины не подходят для восстановления кости, поскольку непосредственная близость к поверхности кости в течение длительного времени может привести к экранированию напряжений и охрупчиванию кости ^4,5

протокол

1. Печать и подготовка заготовки из титанового сплава

1. Подготовьте заготовку из пористого титанового сплава в технике SLM-печати. Импортируйте файлы формата STL в металлический принтер, добавьте порошок Ti-6Al-4V, установите подложку для сборки, настройте щетку стеклоочистителя, установите размер лазерного пятна на 70 мкм и установите толщину слоя на 30 мкм (рис. 1).
2. Порошок Ti-6Al-4V марки 23 с химическим составом, указанным в таблице 1 , и размером частиц порошка 15-53 мкм.
3. Проектирование структуры пористого титанового сплава с имитацией трабекулярной кости на основе анизотр....

Результаты

Морфология поверхности
На рисунке 3 показан результат СЭМ морфологии поверхности заготовки из пористого титанового сплава до и после плазменной полировки. Мы наблюдали, что при 30-кратном и 100-кратном увеличении поверхность пористой заготовки из титанового с?.......

Обсуждение

Шероховатость поверхности используется для описания степени волнистости и неровности микрогеометрических фигур на поверхностях заготовки в небольшом диапазоне интервалов. В ряде предыдущих исследований сообщалось, как полировать металлические поверхности с использованием различ?.......

Материалы

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