Name: plasma polishing as a new polishing option to reduce the surface roughness of porous titanium alloy for 3d printing
Uploaded: 2023-04-28T12:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Plasma Polishing as a New Polishing Option to Reduce the Surface Roughness of Porous Titanium Alloy for 3D Printing at JoVE.com

Ik wil graag mijn supervisor, Wenhua Huang, bedanken voor het bieden van ondersteuningsvoorwaarden en begeleiding voor dit experiment. Dit onderzoek werd gefinancierd door het Discipline-bouwproject van Guangdong Medical University (4SG22260G), Young Innovative Talents Project van Guangdong Higher Education Institutions (2021KQNCX023), National Natural Science Foundation of China (82205301) en Futian Healthcare Research Project (FTWS2022051).

1. Afdrukken en voorbereiden van een werkstuk van een titaniumlegering
<ol><li>Bereid een werkstuk voor van een poreuze titaniumlegering met behulp van de SLM-druktechniek. Importeer STL-bestanden in de metaalprinter, voeg Ti-6Al-4V-poeder toe, installeer het bouwsubstraat, stel het ruitenwisserblad in, stel de laserspotgrootte in op 70 μm en stel de laagdikte in op 30 μm (figuur 1).</li>
	<li>Grade 23 Ti-6Al-4V poeder met chemische samenstelling zoals weergegeven in <st...

<ol>
	<li>Puleo, D. A., Nanci, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+controlling+bone-implant+interface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+interfaces:+titanium+surface+technology+for+implants+and+cell+carriers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+graded+Ti-6Al-4V+meshes+with+high+strength+and+energy+absorption.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolds+for+bone+tissue+engineering:+state+of+the+art+and+new+perspectives.">Scaffolds for bone tissue engineering: state of the art and new perspectives.</a> Materials Science &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+fiber+plates+for+bone+tissue+repair.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+strategy+for+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+implants.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+mechanically+tunable+and+bioactive+metal+scaffolds+for+biomedical+applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+HF/HNO3-treatment+on+the+porous+structure+and+cell+penetrability+of+titanium+(Ti)+scaffold.">Effect of HF/HNO3-treatment on the porous structure and cell penetrability of titanium (Ti) scaffold.</a> Materials &amp; Design. 145, 65-73 (2018).</li><li>Lee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+assembled+metal+platform+as+lego-like+module+system+for+enhanced+mechanical+tunability+and+biomolecules+delivery.">Functionally assembled metal platform as lego-like module system for enhanced mechanical tunability and biomolecules delivery.</a> Materials &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powder+based+additive+manufacturing+for+biomedical+application+of+titanium+and+its+alloys:+a+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Honeycomb-like+porous+3D+nickel+electrodeposition+for+stable+Li+and+Na+metal+anodes.">Honeycomb-like porous 3D nickel electrodeposition for stable Li and Na metal anodes.</a> Energy Storage Materials. 12, 69-78 (2018).</li><li>Kostev&#353;ek, N., Ro&#382;man, K. &. #. 3. 8. 1. ;., Pe&#269;ko, D., Pihlar, B., Kobe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+the+electrochemical+deposition+kinetics+of+iron-palladium+alloys+on+a+flat+electrode+and+in+a+porous+alumina+template.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+bromide+ions+and+polyethylene+glycol+on+morphological+control+of+electrodeposited+copper+foam.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printing+to+mitigate+COVID-19+pandemic.">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., Chiad&#242;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+3D+printing:+Approaches+and+bioapplications.">Functional 3D printing: Approaches and bioapplications.</a> Biosensors &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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 &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+chemical+polishing+of+titanium+scaffolds+on+their+mechanical+strength+and+in-vitro+cell+response.">The influence of chemical polishing of titanium scaffolds on their mechanical strength and in-vitro cell response.</a> Materials Science &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preventing+peri-implantitis:+the+quest+for+a+next+generation+of+titanium+dental+implants.">Preventing peri-implantitis: the quest for a next generation of titanium dental implants.</a> ACS Biomaterials Science &amp; Engineering. 8 (11), 4697-4737 (2022).</li><li>Bernhardt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+conditioning+of+additively+manufactured+titanium+implants+and+its+influence+on+materials+properties+and+in+vitro+biocompatibility.">Surface conditioning of additively manufactured titanium implants and its influence on materials properties and in vitro biocompatibility.</a> Materials Science &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+electrolytic+polishing+-+an+overview+of+applied+technologies+and+current+challenges+to+extend+the+polishable+material+range.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+finish+machining+of+medical+parts+using+plasma+electrolytic+polishing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principle,+process,+and+application+of+metal+plasma+electrolytic+polishing:+a+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+and+technological+opportunity+of+plasma+electrolytic+polishing+of+metals+and+alloys+surfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+dissolution+of+metals+in+organic+solvents.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ES.+Electrolyte-plasma+polishing+of+titanium+and+niobium+alloys.">ES. Electrolyte-plasma polishing of titanium and niobium alloys.</a> Science &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+electrolytic-plasma+polishing+of+Ti-6Al-4V+alloy+with+ultrafine-grained+structure+produced+by+severe+plastic+deformation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+electrolysis+for+surface+engineering.">Plasma electrolysis for surface engineering.</a> Surface &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+electrolytic+oxidation+(PEO)+for+production+of+anodised+coatings+on+lightweight+metal+(Al,+Mg,+Ti)+alloys.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+titanium+surface+modification+strategies+for+osseointegration+enhancement.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-topographical+control+of+Ti-Nb-Zr+alloy+surfaces+for+enhanced+osteoblastic+response.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+bone:+Design+by+additive+manufacturing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+anterior+and+traverse+cage+can+provide+optimal+biomechanical+performance+for+both+traditional+and+percutaneous+endoscopic+transforaminal+lumbar+interbody+fusion.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confined+chemical+etching+for+electrochemical+machining+with+nanoscale+accuracy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+mechanical+properties+of+translucent+zirconia+and+lithium+disilicate.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+chemical+polishing+in+TEM+sample+preparation+of+zirconium+alloys.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+response+of+Staphylococci+and+osteoblasts+to+varying+titanium+surface+roughness.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+study+of+osteoblast+and+fibroblast+response+to+roughness+by+means+of+surface-morphology+gradients.">Systematic study of osteoblast and fibroblast response to roughness by means of surface-morphology gradients.</a> Biomaterials. 28 (13), 2175-2182 (2007).</li></ol>

Oppervlakteruwheid wordt gebruikt om de hoeveelheid golving en oneffenheden van microgeometrische vormen op werkstukoppervlakken binnen een klein afstandsbereik te beschrijven. Een aantal eerdere studies hebben gerapporteerd hoe metalen oppervlakken te polijsten met behulp van verschillende procedures, zoals mechanisch polijsten, chemisch polijsten, elektrochemisch polijsten en meer 22,33,34,35.</sup...

Titanium en titaniumlegeringsmaterialen zijn op grote schaal gebruikt als tandheelkundige en orthopedische implantaatmaterialen vanwege hun goede biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid en mechanische sterkte 1,2,3. Vanwege de hoge elastische modulus van de compacte titaniumlegering die door traditionele verwerkingsmethoden wordt geproduceerd, zijn deze platen echter niet geschikt voor botreparatie, omdat de nabijheid van het botoppervlak gedurende lange perioden kan leiden tot spanningsafscherming en botbrosheid 4,5 . Daarom moet de poreuze microstructuur van gesimuleerde bottrabeculae worden gebruikt in implantaten van titaniumlegeringen om de elastische modulus te verminderen tot het niveau dat overeenkomt met het bot 6,7. Veel steigers zijn gebruikt op het gebied van orthopedie om de levensvatbaarheid van cellen, hechting, proliferatie en homing, osteogene differentiatie, angiogenese, gastheerintegratie en gewichtsdragend 4,8,9 te verbeteren. Traditionele fabricagemethoden van poreuze metalen structuren omvatten de structurele sjabloonmethode, defectvormingsmethode, compressie- of superkritische koolstofdioxidemethode, elektrodepositietechniek10,11, enz. Hoewel deze productietechnieken zeer traditioneel zijn, verspillen ze af en toe grondstoffen en hebben ze aanzienlijke voorbereidende kosten in vergelijking met 3D-printen12,13. 3D-printen is een technologie die metaal- of kunststofpoeder en andere kleefmaterialen gebruikt om solide 3D-objecten te bouwen van computerondersteunde ontwerpmodellen (CAD) via de afzetting van bovenliggende lagen14,15 . 3D-printen toont een groot potentieel in het direct aanpassen van metalen cellulaire steigers voor orthopedische implantaten en opent nieuwe mogelijkheden voor het produceren van aanpasbare complexe ontwerpen met sterk onderling verbonden poriën. Onder hen is selectief lasersmelten (SLM) een van de meest representatieve 3D-print- en productietechnologieën voor poreuze titanium implantaatstructuren16 .
Het SLM-proces maakt gebruik van titaniumlegeringspoeder als grondstof, in wezen poedersmelten en de structuur vormen. Daarom hecht een groot aantal semi-gesmolten poeders en ablatieve oxidelagen zich vaak aan het oppervlak van implantaten van titaniumlegeringen, wat leidt tot een hoge oppervlakteruwheid17. Slechte oppervlaktekwaliteit van poreuze titanium orthopedische implantaten leidt tot ontsteking, verminderde vermoeidheidsprestaties en zelfs nieuwe biologische risico's18 . Omdat de interne poriën van poreuze structuren niet kunnen worden gepolijst door conventioneel mechanisch polijsten, moet een alternatieve methode worden gevonden. Plasmapolijsten is een nieuwe groene polijstmethode voor metalen werkstukken die werkstukken met complexe vormen efficiënt kunnen polijsten zonder vervuiling19 . Het heeft een groot ontwikkelingspotentieel op het gebied van titaniumlegering implantaat nabewerking.
Als een soort oppervlaktetechnologie is plasmapolijsttechnologie met name geschikt voor metalen werkstukken met complexe vormen die niet gemakkelijk mechanisch gepolijst kunnen worden. Het algemene doel van deze polijstoptie is om een poreus oppervlak van titaniumlegering met een lage ruwheid te verkrijgen. De technologie kan effectief deeltjes en fijne spatresten verwijderen die zijn bevestigd aan het oppervlak van poreuze titanium orthopedische implantaten vervaardigd door 3D-printen en de oppervlakteruwheid verminderen20. Het principe van plasmapolijsten is een samengesteld reactieproces op basis van een combinatie van stroomgeïnduceerde chemische en fysische verwijdering21; Het hele circuit vormt een voorbijgaande kortsluiting en vormt een dampplasma-omringende laag op het werkstukoppervlak20. Dit proces breekt door de gaslaag om een afvoerkanaal te vormen, waardoor het werkstukoppervlak wordt beïnvloed. De hogere stroom beïnvloedt het bolle deel van het werkstukoppervlak, wat leidt tot een snellere verwijdering van halfgesmolten poeder en de verbrande oxidelaag. De concaviteit en convexiteit veranderen voortdurend en het ruwe oppervlak wordt geleidelijk gladgestreken, waardoor de oppervlakteruwheid van het werkstuk wordt verbeterd om het doel van polijsten te bereiken.
Tegelijkertijd is deze technologie een groene verwerkingstechnologie, die geen vervuiling van het milieu veroorzaakt en grote voordelen heeft in vergelijking met andere polijstmethoden. Conventionele mechanische polijsttechnieken omvatten voornamelijk mechanisch polijsten, chemisch polijsten en elektrochemisch polijsten22. Mechanisch polijsten is het meest gebruikte conventionele polijstproces; Het heeft de nadelen van een lage polijstefficiëntie, een hogere vraag naar handmatige arbeid en het onvermogen om onderdelen met complexe geometrieën te polijsten. De kans op letsel van werknemers en de kans op het overschrijden van toleranties als gevolg van menselijke factoren zijn frequente nadelen van mechanisch polijsten23. In tegenstelling tot chemisch polijsten, dat is gebaseerd op het gebruik van een chemische oplossing om delen van het materiaal van een werkstuk te verwijderen, maakt elektrochemisch polijsten gebruik van een elektrische stroom en chemische oplossing om hetzelfde resultaat te verkrijgen. Helaas produceren beide processen gevaarlijke gassen en vloeistoffen als bijproducten van het gebruik, waarvan de samenstelling afhankelijk is van de sterkte van het gebruikte zure of alkalische chemische reagens. Als gevolg hiervan worden niet alleen de aanwezige werknemers geacht een risico te lopen als gevolg van blootstelling, maar is er ook het potentieel voor ernstige schade aan het milieu24. Aliakseyeu et al.25 stelden voor om plasmapolijsten te gebruiken voor het polijsten van werkstukken van titaniumlegeringen met een eenvoudige elektrolytsamenstelling. Ze ontdekten dat na het polijsten van titaniummonsters krassen op het oppervlak worden verwijderd en de oppervlakteglans aanzienlijk wordt verbeterd. Smyslova et al.26 beraadslaagden op de vooruitzichten van het toepassen van plasmapolijsttechnologie om de oppervlakken van medische implantaten te behandelen.
Theoretisch kan plasmapolijsttechnologie worden gebruikt om de structuur van elk metalen onderdeel te polijsten. Het is op grote schaal toegepast voor coating, in metaalafwerkingsindustrieën en in 3C-elektronica, onder andere22,27,28. De huidige studie heeft echter enkele beperkingen. Allereerst richt het manuscript zich alleen op de oppervlaktekwaliteit en oppervlakteruwheid van 3D-printen van poreuze titaniumlegering voor en na plasmapolijsten; de overige wijzigingen zijn niet betrokken. Ten tweede hebben we de resultaten na warmtebehandeling niet gemeten en vastgelegd. Jinyoung Kim et al.29 vergeleken titanium oppervlaktemodificatiestrategieën voor osseointegratieverbetering. Een andere studie toont aan dat de target-ion geïnduceerde plasma sputtering (TIPS) techniek uitstekende biologische functies kan geven aan het oppervlak van metalen bio-implantaten30. Om de polijstefficiëntie en veiligheid van poreuze titaniumlegering voor 3D-printen verder te onderzoeken, zal de volgende stap zijn om de andere eigenschappen van SLM-onderdelen, zoals vermoeiingsprestaties en osteogene differentiatie, verder te bestuderen. Deze kwesties moeten verder worden verfijnd. Dit werk verschilt van eerdere plasmapolijststudies doordat het zich richt op het 3D-printen van poreuze titaniumlegering in plaats van een compacte titaniumlegering. Als gevolg hiervan moeten verschillende productieprocessen verschillende polijstparameters aannemen. Het doel van dit manuscript is om het plasmapolijstschema van 3D-printen van poreuze titaniumlegering in detail te introduceren, om de oppervlakteruwheid van werkstukken te verminderen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Confocal microscope: 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>Electrical discharge machining (EDM) machine: MV1200S</td>
			<td>Mitsubishi Electric Automation (China) Ltd.</td>
			<td>92U3038</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat treatment furnace: HSQ1-644</td>
			<td>Jiangsu Huasu Industrial Furnace Manufacturing CO., LTD.</td>
			<td>HSD20190812403</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal 3D printer: Renishaw AM400</td>
			<td>Renishaw plc</td>
			<td>1HGW89</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Middle speed wire-cut machine: HQ-400EZ</td>
			<td>Suzhou Hanqi CNC Equipment CO., LTD.</td>
			<td>W40ES20005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permanent magnet frequency conversion screw air compressor M7-Y75AZ</td>
			<td>KUNJI MACHINERY(SHANGHAI) MANUFACTURING CO.,LTD.&#160;</td>
			<td>19055065</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigeration compressed air dryer SY-230FG</td>
			<td>Shanghai TaiLin Compressor Co., Ltd.</td>
			<td>S190826698</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope (SEM): JSM-IT100</td>
			<td>JEOL (BEIJING) CO., LTD.</td>
			<td>MP1030004260426</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium alloy powder</td>
			<td>Renishaw plc</td>
			<td>H-5800-1086-01-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic cleaning machine: 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>

plasma polishing as a new polishing option to reduce the surface roughness of porous titanium alloy for 3d printing

Poreuze titaniumlegeringsimplantaten met gesimuleerd trabeculair bot vervaardigd door 3D-printtechnologie hebben brede vooruitzichten. Vanwege het feit dat sommige poeder zich tijdens het productieproces aan het oppervlak van het werkstuk hecht, is de oppervlakteruwheid in directe drukstukken echter relatief hoog. Tegelijkertijd, omdat de interne poriën van de poreuze structuur niet kunnen worden gepolijst door conventioneel mechanisch polijsten, moet een alternatieve methode worden gevonden. Als oppervlaktetechnologie is plasmapolijsttechnologie vooral geschikt voor onderdelen met complexe vormen die moeilijk mechanisch te polijsten zijn. Het kan effectief deeltjes en fijne spatresten verwijderen die zijn bevestigd aan het oppervlak van 3D-geprinte poreuze werkstukken van titaniumlegering. Daarom kan het de oppervlakteruwheid verminderen. Ten eerste wordt titaniumlegeringspoeder gebruikt om de poreuze structuur van het gesimuleerde trabeculaire bot te printen met een metalen 3D-printer. Na het afdrukken wordt warmtebehandeling, verwijdering van de ondersteunende structuur en ultrasone reiniging uitgevoerd. Vervolgens wordt plasmapolijsten uitgevoerd, bestaande uit het toevoegen van een polijstelektrolyt met de pH ingesteld op 5,7, het voorverwarmen van de machine tot 101,6 °C, het bevestigen van het werkstuk op de polijstarmatuur en het instellen van de spanning (313 V), stroom (59 A) en polijsttijd (3 min). Na het polijsten wordt het oppervlak van het poreuze werkstuk van de titaniumlegering geanalyseerd door een confocale microscoop en wordt de oppervlakteruwheid gemeten. Scanning elektronenmicroscopie wordt gebruikt om de oppervlakteconditie van poreus titanium te karakteriseren. De resultaten laten zien dat de oppervlakteruwheid van het hele poreuze werkstuk van titaniumlegering veranderde van Ra (gemiddelde ruwheid) = 126,9 μm naar Ra = 56,28 μm, en de oppervlakteruwheid van de trabeculaire structuur veranderde van Ra = 42,61 μm naar Ra = 26,25 μm. Ondertussen worden semi-gesmolten poeders en ablatieve oxidelagen verwijderd en wordt de oppervlaktekwaliteit verbeterd.

Oppervlaktemorfologie Figuur 3 toont het SEM-resultaat van de oppervlaktemorfologie van het poreuze werkstuk van de titaniumlegering voor en na het plasmapolijsten. We zagen dat bij 30x en 100x vergroting het oppervlak van het poreuze werkstuk van de titaniumlegering vóór het plasmapolijsten ruwer lijkt te zijn (figuur 3A, B). Bij uitvergroting tot 500x ontdekten we dat een grote hoeveelheid halfgesmolten poeders en ablatie...

Watch this Scientific Journal Video about Plasma Polishing as a New Polishing Option to Reduce the Surface Roughness of Porous Titanium Alloy for 3D Printing at JoVE.com

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

Plasmapolijsten is een veelbelovende oppervlaktebewerkingstechnologie, vooral geschikt voor het 3D-printen van poreuze werkstukken van titaniumlegeringen. Het kan semi-gesmolten poeders en ablatieve oxidelagen verwijderen, waardoor de oppervlakteruwheid effectief wordt verminderd en de oppervlaktekwaliteit wordt verbeterd.

Plasmapolijsten als een nieuwe polijstoptie om de oppervlakteruwheid van poreuze titaniumlegering voor 3D-printen te verminderen

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

Omdat de interne puls van poreuze structuren niet kan worden gepolijst door conventionele mechanische vervuiling, moet een alternatieve methode worden gevonden. Plasmavervuiling is een milieuvriendelijke verwerkingsmethode die vooral effectief is voor mentale werkstukken met complexe vormen. Plaats om te beginnen de gescheiden werkstukken van titaniumlegering in de titaniummand zonder dat de verschillende werkstukken elkaar raken.Plaats de titanium mand in de warmtebehandelingsoven bij kamertemperatuur en sluit de ovendeur. Open de gasklep om de lucht te verwijderen en de juiste mate van vacuüm te behouden. Om het warmtebehandelingsproces eerst in te stellen, verwarmt u de oven gedurende 1,5 uur tot 800 graden Celsius en houdt u vervolgens de temperatuur gedurende twee uur vast voordat u afkoelt.Koel na de warmtebehandeling de oven af tot kamertemperatuur en vul de oven met lucht. Zodra de oven terugkeert naar de atmosferische druk zoals te zien op het paneel, verwijdert u het poreuze werkstuk van de titaniumlegering. Om de oppervlakken van het werkstuk in beeld te brengen met een confocale microscoop, plaatst u het werkstuk horizontaal op het opslagplatform.Meet de rekenkundige gemiddelde ruwheid van het oppervlak of de RA-parameter. Selecteer 2,5x vergroting en kies breed voor livemodus. Om de algehele situatie te observeren, klikt u op automatische intensiteit en gaat u naar 5x vergroting.Klik op Automatische intensiteit en stel de livemodus in op Comp. Selecteer het interessegebied, klik op als eerste instellen op het laagste punt en stel als laatste in op het hoogste punt en stel de acquisitie in op normaal. Importeer de resultaten na ongeveer vijf minuten in een nieuw document in de ConfoMap ST8-software.De RA is eenvoudig te verkrijgen in de parameterstabel in ConfoMap ST. Observeer de algehele staat van het werkstuk met een vijfvoudige spiegel. Schakel vervolgens over naar een krachtige spiegel en richt het gezichtsveld op een trabeculaire. Kwantificeer het plasmapolijsteffect door de RA van het werkstuk vóór het plasmapolijsten.Gebruik voor plasmapolijsten 4% ammoniumsulfaatoplossing met een pH tussen 5,7 en 6,1 als elektrolyt. Plaats het oppervlak van het te polijsten werkstuk van een poreuze titaniumlegering horizontaal en bevestig het op het armatuur. Plaats vervolgens het armatuur in de plasmapolijstmachine.Stel de polijststroom in op 59 ampèreparen, de spanning op 313 volt en de polijstelektrolyttemperatuur op 101,6 graden Celsius en voer plasmapolijsten uit volgens deze parameters. Nadat u gedurende 90 seconden plasmapolijsten hebt uitgevoerd, haalt u het armatuur uit de plasmapolijstmachine. Verander vervolgens enigszins de positie van het klempunt waar het werkstuk aan het armatuur is bevestigd.Daar vond geen elektrochemische reactie plaats omdat deze niet in contact kwam met de polijstoplossing. Voer het plasmapolijsten opnieuw uit gedurende 90 seconden en haal het armatuur uit de plasmapolijstmachine. Verwijder het werkstuk uit het armatuur en plaats het in de ultrasone reinigingsmachine met gedeïoniseerd water.Stel de watertemperatuur in op 30 graden Celsius en maak het werkstuk twee minuten schoon. Haal na twee minuten het werkstuk eruit en blaas de restvloeistof eruit met hogedruklucht. Na de voltooiing van het polijsten van het plasma, brengt u de oppervlakken in beeld met behulp van scanning elektronenmicroscopie en confocale microscopie op dezelfde manier als eerder gedemonstreerd.De scanning elektronenmicroscopie beelden onthulden het verschil in de oppervlakte morfologieën van het poreuze titanium legering werkstuk voor en na plasma polijsten. Bij 30x en 100x vergroting leek het oppervlak vóór het plasmapolijsten ruwer. Wanneer vergroot tot 500x, bleken de semi-gesmolten poeders en ablatieve oxidelagen die vóór het polijsten van het plasma op het legeringsoppervlak werden waargenomen, meestal afwezig te zijn na het polijsten.Interessant is dat de poreuze grootte en trabeculaire diameters consistent waren met het ontwerp, zelfs na het polijsten. Het geheel en een deel van het poreuze werkstuk van titaniumlegering werden in beeld gebracht met behulp van de snelle roterende confocale microscoop. De oppervlakteruwheid was in beide gevallen hoog vóór het plasmapolijsten.De oppervlakteruwheid van poreuze structuren zoals onthuld door de RA, aanzienlijk verminderd na het polijsten. Deze technologie heeft uitgelegd dat poreuze werkstukken van titaniumlegering de oppervlakteruwheid kunnen verminderen door middel van plasmavervuilingstechnologie. Verdere studies kunnen worden uitgevoerd om de optimale parameters te bepalen.

Research

JoVE Journal

Medicine

Human Neuroendocrine Tumor Cell Lines as a Three-Dimensional Model for the Study of Human Neuroendocrine Tumor Therapy

Human Neuro-endocriene tumor cellijnen als een drie-dimensionaal model voor de studie van de mens Neuro-endocriene Tumor Therapy

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human ...

Osteopathic Manipulative Treatment as a Useful Adjunctive Tool for Pneumonia

Osteopathische manipulatieve behandeling als een nuttig hulpmiddel voor Adjunctive Longontsteking

Pneumonia, the inflammatory state of lung tissue primarily due to microbial infection, claimed 52,306 lives in the United States in 20071 and resulted in ...

Construction of Vapor Chambers Used to Expose Mice to Alcohol During the Equivalent of all Three Trimesters of Human Development

Bouw van Vapor Chambers gebruikt om muizen bloot te stellen aan alcohol tijdens het equivalent van alle drie trimesters van Menselijke Ontwikkeling

Exposure to alcohol during development can result in a constellation of morphological and behavioral abnormalities that are collectively known as Fetal ...

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

Multicolor 3D printen van complexe intracraniële tumoren in Neurochirurgie

Three-dimensional (3D) printing technologies offer the possibility of visualizing patient-specific pathologies in a physical model of correct dimensions. ...

Combining Augmented Reality and 3D Printing to Display Patient Models on a Smartphone

Augmented Reality en 3D-printen combineren om patiënt modellen op een smartphone weer te geven

Augmented reality (AR) has great potential in education, training, and surgical guidance in the medical field. Its combination with three-dimensional (3D) ...

Cooling or Warming the Esophagus to Reduce Esophageal Injury During Left Atrial Ablation in the Treatment of Atrial Fibrillation

Koelen of opwarmen van de slokdarm om slokdarmletsel te verminderen tijdens linker atrialablatie bij de behandeling van atriumfibrilleren

Ablation of the left atrium using either radiofrequency (RF) or cryothermal energy is an effective treatment for atrial fibrillation (AF) and is the most ...

3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects

3D-planning en -print van patiëntspecifieke implantaten voor de reconstructie van bony-defecten

We are in the midst of the 3D era in most aspects of life, and especially in medicine. The surgical discipline is one of the major players in the medical ...

Combining 3D-Printing and Electrospinning to Manufacture Biomimetic Heart Valve Leaflets

3D-printen en elektrospinning combineren om biomimetische hartklepfolders te produceren

Electrospinning has become a widely used technique in cardiovascular tissue engineering as it offers the possibility to create (micro-)fibrous scaffolds ...

Platelet-Rich Plasma Lysate for Treatment of Eye Surface Diseases

Bloedplaatjesrijk plasmalysaat voor de behandeling van oogoppervlakziekten

Various ocular surface diseases are treated with blood-derived eye drops. Their use has been introduced in clinical practice because of their metabolite ...