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

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).

1. Impression et préparation d’une pièce en alliage de titane
<ol><li>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).</li>
	<li>Poudre Ti-6A...

<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. 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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>

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.<sup...

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.

<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

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.

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...

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

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.

Le polissage plasma comme nouvelle option de polissage pour réduire la rugosité de surface de l’alliage de titane poreux pour l’impression 3D

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

Étant donné que le pouls interne des structures poreuses ne peut pas être poli par la pollution mécanique conventionnelle, une méthode alternative doit être trouvée. La pollution par plasma est une méthode de traitement respectueuse de l’environnement qui est particulièrement efficace pour les pièces mentales aux formes complexes. Pour commencer, placez les pièces en alliage de titane séparées dans le panier en titane sans que les différentes pièces ne se touchent.Placez le panier en titane dans le four de traitement thermique à température ambiante et fermez la porte du four. Ouvrez la vanne de gaz pour éliminer l’air et maintenir le degré de vide approprié. Pour régler le processus de traitement thermique en premier, chauffez le four à 800 degrés Celsius pendant 1,5 heure, puis maintenez la température pendant deux heures avant de refroidir.Après le traitement thermique, refroidissez le four à température ambiante et remplissez le four d’air. Une fois que le four revient à la pression atmosphérique comme on le voit sur le panneau, retirez la pièce poreuse en alliage de titane. Pour imager les surfaces de la pièce à l’aide d’un microscope confocal, placez la pièce sur la plate-forme de stockage horizontalement.Mesurez la rugosité moyenne arithmétique de surface ou le paramètre RA. Sélectionnez un grossissement de 2,5x et choisissez large pour le mode en direct. Pour observer la situation globale, cliquez sur intensité automatique et passez à un grossissement 5x.Cliquez sur Intensité automatique et définissez le mode en direct sur Comp. Sélectionnez la zone d’intérêt, cliquez d’abord sur définir au point le plus bas et sur le dernier au point le plus élevé, puis réglez l’acquisition sur la normale. Après environ cinq minutes, importez les résultats dans un nouveau document dans le logiciel ConfoMap ST8.Le RA est facile à obtenir dans le tableau des paramètres de ConfoMap ST. Observez l’état général de la pièce à usiner avec un miroir quintuple. Ensuite, passez à un miroir haute puissance et concentrez le champ de vision sur un trabecular. Quantifier l’effet de polissage plasma par le RA de la pièce avant le polissage plasma.Pour le polissage au plasma, utilisez une solution de sulfate d’ammonium à 4% avec un pH compris entre 5,7 et 6,1 comme électrolyte. Placez la surface de la pièce poreuse en alliage de titane à polir horizontalement et fixez-la sur le luminaire. Ensuite, placez le luminaire dans la machine de polissage plasma.Réglez le courant de polissage à 59 paires d’ampères, la tension à 313 volts et la température de l’électrolyte de polissage à 101,6 degrés Celsius, et effectuez le polissage plasma en fonction de ces paramètres. Après avoir effectué le polissage plasma pendant 90 secondes, retirez le luminaire de la machine de polissage plasma. Ensuite, modifiez légèrement la position du point de serrage où la pièce est fixée au fixation.Aucune réaction électrochimique ne s’y est produite car il n’était pas en contact avec la solution de polissage. Effectuez à nouveau le polissage au plasma pendant 90 secondes et retirez le luminaire de la machine de polissage plasma. Retirez la pièce du luminaire et placez-la dans la machine de nettoyage à ultrasons avec de l’eau désionisée.Réglez la température de l’eau à 30 degrés Celsius et nettoyez la pièce pendant deux minutes. Après deux minutes, retirez la pièce et soufflez le liquide résiduel avec de l’air à haute pression. Une fois le polissage plasma terminé, imagez les surfaces à l’aide de la microscopie électronique à balayage et de la microscopie confocale de la même manière que démontrée précédemment.Les images de microscopie électronique à balayage ont révélé la différence dans les morphologies de surface de la pièce poreuse en alliage de titane avant et après le polissage au plasma. À un grossissement de 30x et 100x, la surface avant le polissage au plasma semblait plus rugueuse. Lorsqu’elles ont été agrandies à 500x, les poudres semi-fondues et les couches d’oxyde ablatif observées sur la surface de l’alliage avant le polissage au plasma se sont généralement révélées absentes après le polissage.Fait intéressant, la taille poreuse et les diamètres trabéculaires étaient cohérents avec la conception, même après polissage. La totalité et une partie de la pièce poreuse en alliage de titane ont été imagées à l’aide du microscope confocal rotatif rapide. La rugosité de surface dans les deux cas était élevée avant le polissage au plasma.La rugosité de surface des structures poreuses révélée par le RA, considérablement réduite après polissage. Cette technologie a expliqué que les pièces poreuses en alliage de titane peuvent réduire la rugosité de surface grâce à la technologie de pollution par plasma. D’autres études peuvent être menées pour déterminer les paramètres optimaux.

Research

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L&#39;homme neuroendocriniennes lignées cellulaires tumorales comme un modèle tridimensionnel pour l&#39;étude de la thérapie des tumeurs neuro-endocrines humaines

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