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

Ich möchte meinem Betreuer, Wenhua Huang, für die Unterstützung und Anleitung dieses Experiments danken. Diese Forschung wurde durch das Discipline-Bauprojekt der Guangdong Medical University (4SG22260G), das Young Innovative Talents Project der Guangdong Higher Education Institutions (2021KQNCX023), die National Natural Science Foundation of China (82205301) und das Futian Healthcare Research Project (FTWS2022051) finanziert.

1. Drucken und Vorbereiten eines Werkstücks aus einer Titanlegierung
<ol><li>Bereiten Sie ein Werkstück aus einer porösen Titanlegierung mit der SLM-Drucktechnik vor. Importieren Sie Dateien im STL-Format in den Metalldrucker, fügen Sie Ti-6Al-4V-Pulver hinzu, installieren Sie das Bausubstrat, richten Sie das Wischerblatt ein, stellen Sie die Laserspotgröße auf 70 μm und die Schichtdicke auf 30 μm ein (Abbildung 1).</li>
	<li>Ti-6Al-4V-Pulver der Güteklasse 23 mit...

<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. 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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. 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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. 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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. 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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>

Die Oberflächenrauheit wird verwendet, um das Ausmaß der Welligkeit und Unebenheit von mikrogeometrischen Formen auf Werkstückoberflächen innerhalb eines kleinen Abstandsbereichs zu beschreiben. In einer Reihe früherer Studien wurde berichtet, wie Metalloberflächen mit verschiedenen Verfahren poliert werden können, z. B. mechanisches Polieren, chemisches Polieren, elektrochemisches Polieren und mehr 22,33,34,35.</sup...

Titan und Titanlegierungsmaterialien werden aufgrund ihrer guten Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit häufig als zahnärztliche und orthopädische Implantatmaterialien verwendet 1,2,3. Aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls der kompakten Titanlegierung, die mit herkömmlichen Verarbeitungsmethoden hergestellt wird, sind diese Platten jedoch nicht für die Knochenreparatur geeignet, da die Nähe zur Knochenoberfläche über einen längeren Zeitraum zu einer Spannungsabschirmung und Knochenversprödung führen kann 4,5 . Daher sollte die poröse Mikrostruktur simulierter Knochentrabekel in Implantaten aus Titanlegierungen verwendet werden, um den Elastizitätsmodul auf ein dem Knochen entsprechendes Niveau zu reduzieren 6,7. Viele Gerüste wurden im Bereich der Orthopädie verwendet, um die Lebensfähigkeit von Zellen, die Bindung, Proliferation und Homing, die osteogene Differenzierung, die Angiogenese, die Wirtsintegration und die Gewichtsbelastung zu verbessern 4,8,9. Zu den traditionellen Herstellungsmethoden von porösen Metallstrukturen gehören die strukturelle Template-Methode, die Defektbildungsmethode, die Kompressions- oder überkritische Kohlendioxidmethode, die Elektro-Abscheidungstechnik10,11 usw. Obwohl diese Produktionstechniken sehr traditionell sind, verschwenden sie gelegentlich Rohstoffe und verursachen im Vergleich zum 3D-Druck erhebliche Vorbereitungskosten12,13. Der 3D-Druck ist eine Technologie, bei der Metall- oder Kunststoffpulver und andere Klebematerialien verwendet werden, um feste 3D-Objekte aus CAD-Modellen (Computer Aided Design) durch Abscheidung übereinander liegender Schichtenherzustellen 14,15 . Der 3D-Druck zeigt ein großes Potenzial für die direkte Anpassung von metallischen Zellgerüsten für orthopädische Implantate und eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung anpassbarer komplexer Designs mit hochgradig vernetzten Poren. Unter ihnen ist das selektive Laserschmelzen (SLM) eine der repräsentativsten 3D-Druck- und Fertigungstechnologien für poröse Titan-Implantatstrukturen16 .
Beim SLM-Verfahren wird Titanlegierungspulver als Rohstoff verwendet, wobei das Pulver im Wesentlichen geschmolzen und die Struktur geformt wird. Daher haftet häufig eine große Anzahl von halbgeschmolzenen Pulvern und ablativen Oxidschichten an der Oberfläche von Implantaten aus Titanlegierungen, was zu einer hohen Oberflächenrauheit führt17. Eine schlechte Oberflächenqualität von porösen orthopädischen Titanimplantaten führt zu Entzündungen, verminderter Ermüdungsleistung und sogar zu neuen biologischen Risiken18 . Da die inneren Poren poröser Strukturen durch herkömmliches mechanisches Polieren nicht poliert werden können, muss eine alternative Methode gefunden werden. Das Plasmapolieren ist ein neues umweltfreundliches Polierverfahren für Metallwerkstücke, mit dem Werkstücke mit komplexen Formen effizient und ohne Verschmutzung poliert werden können19 . Es hat ein großes Entwicklungspotenzial im Bereich der Nachbearbeitung von Implantaten aus Titanlegierungen.
Als eine Art Oberflächentechnik eignet sich die Plasmapoliertechnik besonders für metallische Werkstücke mit komplexen Formen, die sich mechanisch nicht gut polieren lassen. Das übergeordnete Ziel dieser Polieroption ist es, eine poröse Oberfläche aus Titanlegierung mit geringer Rauheit zu erhalten. Die Technologie kann Partikel und feine Spritzrückstände, die an der Oberfläche von porösen orthopädischen Titanimplantaten, die im 3D-Druck hergestellt werden, anhaften, effektiv entfernen und die Oberflächenrauheit reduzieren20. Das Prinzip des Plasmapolierens ist ein zusammengesetzter Reaktionsprozess, der auf einer Kombination aus strominduzierter chemischer und physikalischer Entfernung beruht21; Der gesamte Kreislauf bildet einen vorübergehenden Kurzschluss, der eine Dampfplasma-umgebende Schicht auf der Werkstückoberfläche20 bildet. Bei diesem Verfahren wird die Gasschicht durchbrochen, um einen Austragskanal zu bilden, der auf die Werkstückoberfläche trifft. Der höhere Strom wirkt auf den konvexen Teil der Werkstückoberfläche, was zu einer schnelleren Entfernung von halbgeschmolzenem Pulver und der verbrannten Oxidschicht führt. Die Konkavität und Konvexität ändern sich ständig, und die raue Oberfläche wird allmählich geglättet, wodurch die Oberflächenrauheit des Werkstücks verbessert wird, um den Zweck des Polierens zu erreichen.
Gleichzeitig handelt es sich bei dieser Technologie um eine umweltfreundliche Verarbeitungstechnologie, die die Umwelt nicht belastet und große Vorteile gegenüber anderen Poliermethoden hat. Konventionelle mechanische Poliertechniken umfassen hauptsächlich mechanisches Polieren, chemisches Polieren und elektrochemisches Polieren22. Das mechanische Polieren ist das am weitesten verbreitete konventionelle Polierverfahren. Es hat die Nachteile einer geringen Poliereffizienz, eines höheren Bedarfs an manueller Arbeit und der Unfähigkeit, Teile mit komplexen Geometrien zu polieren. Das Verletzungspotenzial von Mitarbeitern und die Wahrscheinlichkeit, dass Toleranzen aufgrund menschlicher Faktoren überschritten werden, sind häufige Nachteile des mechanischen Polierens23. Im Gegensatz zum chemischen Polieren, bei dem eine chemische Lösung verwendet wird, um Teile des Werkstückmaterials zu entfernen, werden beim elektrochemischen Polieren ein elektrischer Strom und eine chemische Lösung verwendet, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Leider entstehen bei beiden Prozessen gefährliche Gase und Flüssigkeiten als Nebenprodukte, deren Zusammensetzung von der Stärke des verwendeten sauren oder alkalischen chemischen Reagenzes abhängt. Infolgedessen gelten nicht nur die anwesenden Arbeitnehmer als durch die Exposition gefährdet, sondern es besteht auch die Möglichkeit schwerer Umweltschäden24. Aliakseyeu et al.25 schlugen vor, das Plasmapolieren zum Polieren von Werkstücken aus Titanlegierungen mit einfacher Elektrolytzusammensetzung zu verwenden. Sie fanden heraus, dass nach dem Polieren der Titanprobe Oberflächenkratzer entfernt werden und der Oberflächenglanz deutlich verbessert wird. Smyslova et al.26 erörterten die Möglichkeiten der Anwendung der Plasmapoliertechnologie zur Behandlung der Oberflächen medizinischer Implantate.
Theoretisch kann die Plasmapoliertechnologie verwendet werden, um die Struktur jedes Metallteils zu polieren. Es wurde unter anderem häufig für die Beschichtung, in der Metallveredelungsindustrie und in der 3C-Elektronik eingesetzt 22,27,28. Die vorliegende Studie weist jedoch einige Einschränkungen auf. Zunächst konzentriert sich das Manuskript nur auf die Oberflächenqualität und Oberflächenrauheit des 3D-Drucks poröser Titanlegierungen vor und nach dem Plasmapolieren; Die übrigen Änderungen sind nicht betroffen. Zweitens haben wir die Ergebnisse nach der Wärmebehandlung nicht gemessen und aufgezeichnet. Jinyoung Kim et al.29 verglichen Strategien zur Modifikation der Titanoberfläche zur Verbesserung der Osseointegration. Eine weitere Studie zeigt, dass die Target-Ionen-induzierte Plasma-Sputter-Technik (TIPS) der Oberfläche von metallischen Bioimplantaten hervorragende biologische Funktionen verleihen kann30. Um die Poliereffizienz und -sicherheit von porösen Titanlegierungen für den 3D-Druck weiter zu untersuchen, werden im nächsten Schritt die anderen Eigenschaften des SLM-Bauteils, wie z. B. das Ermüdungsverhalten und die osteogene Differenzierung, weiter untersucht. Diese Fragen müssen weiter verfeinert werden. Diese Arbeit unterscheidet sich von früheren Plasmapolierstudien dadurch, dass sie sich auf den 3D-Druck einer porösen Titanlegierung und nicht auf eine kompakte Titanlegierung konzentriert. Infolgedessen sollten verschiedene Herstellungsverfahren unterschiedliche Polierparameter annehmen. Der Zweck dieses Manuskripts ist es, das Plasmapolierschema des 3D-Drucks von porösen Titanlegierungen im Detail vorzustellen, um die Oberflächenrauheit von Werkstücken zu reduzieren.

<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

Poröse Implantate aus Titanlegierungen mit simuliertem trabekulärem Knochen, die mittels 3D-Drucktechnologie hergestellt werden, haben breite Perspektiven. Aufgrund der Tatsache, dass während des Herstellungsprozesses etwas Pulver an der Oberfläche des Werkstücks haftet, ist die Oberflächenrauheit bei Direktdruckstücken jedoch relativ hoch. Da die inneren Poren der porösen Struktur durch herkömmliches mechanisches Polieren nicht poliert werden können, muss eine alternative Methode gefunden werden. Als Oberflächentechnologie eignet sich die Plasmapoliertechnik besonders für Teile mit komplexen Formen, die mechanisch nur schwer zu polieren sind. Es kann Partikel und feine Spritzrückstände, die an der Oberfläche von 3D-gedruckten porösen Werkstücken aus Titanlegierungen haften, effektiv entfernen. Daher kann es die Oberflächenrauheit reduzieren. Zunächst wird Titanlegierungspulver verwendet, um die poröse Struktur des simulierten trabekulären Knochens mit einem Metall-3D-Drucker zu drucken. Nach dem Druck erfolgt die Wärmebehandlung, das Entfernen der Tragstruktur und die Ultraschallreinigung. Anschließend wird das Plasmapolieren durchgeführt, das aus der Zugabe eines Polierelektrolyten mit einem pH-Wert von 5,7, dem Vorheizen der Maschine auf 101,6 °C, dem Fixieren des Werkstücks auf der Poliervorrichtung und dem Einstellen der Spannung (313 V), des Stroms (59 A) und der Polierzeit (3 min) besteht. Nach dem Polieren wird die Oberfläche des porösen Werkstücks aus Titanlegierung mit einem konfokalen Mikroskop analysiert und die Oberflächenrauheit gemessen. Die Rasterelektronenmikroskopie dient der Charakterisierung der Oberflächenbeschaffenheit von porösem Titan. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Oberflächenrauheit des gesamten Werkstücks aus poröser Titanlegierung von Ra (mittlere Rauheit) = 126,9 μm auf Ra = 56,28 μm und die Oberflächenrauheit der Trabekelstruktur von Ra = 42,61 μm auf Ra = 26,25 μm änderte. Währenddessen werden halbgeschmolzene Pulver und ablative Oxidschichten entfernt und die Oberflächenqualität verbessert.

Morphologie der Oberfläche Abbildung 3 zeigt das REM-Ergebnis der Oberflächenmorphologie des Werkstücks aus poröser Titanlegierung vor und nach dem Plasmapolieren. Wir haben beobachtet, dass bei 30- und 100-facher Vergrößerung die Oberfläche des porösen Werkstücks aus Titanlegierung vor dem Plasmapolieren rauer zu sein scheint (Abbildung 3A,B). Bei einer Vergrößerung auf das 500-fache stellten wir fest, dass eine g...

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

Das Plasmapolieren ist eine vielversprechende Oberflächenbearbeitungstechnologie, die sich besonders für den 3D-Druck von porösen Werkstücken aus Titanlegierungen eignet. Es kann halbgeschmolzene Pulver und ablative Oxidschichten entfernen, wodurch die Oberflächenrauheit effektiv reduziert und die Oberflächenqualität verbessert wird.

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

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

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.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Menschliche neuroendokrinen Tumor-Zelllinien als dreidimensionales Modell für das Studium der menschlichen neuroendokrinen Tumor-Therapie

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 ...

Forschung

Medizin

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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

Bau von Dampfkammern verwendet, um Mäuse zu Alkohol Expose Während der Equivalent aller drei Trimester der Human Development

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

Mehrfarbiger 3D-Druck komplexer intrakranieller Tumoren in der Neurochirurgie

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

Kombinieren von Augmented Reality und 3D-Druck zum Anzeigen von Patientenmodellen auf einem Smartphone

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

Kühlung oder Erwärmung der Speiseröhre zur Verringerung der Ösophagus-Verletzung während der linken Atrial-Ablation bei der Behandlung von Vorhofflimmern

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-Planung und Druck von patientenspezifischen Implantaten zur Rekonstruktion von Knochendefekten

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

Kombination von 3D-Druck und Elektrospinnen zur Herstellung biomimetischer Herzklappenbroschüren

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

Plättchenreiches Plasmalysat zur Behandlung von Erkrankungen der Augenoberfläche

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