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

אני רוצה להודות למנחה שלי, וונהואה הואנג, על מתן תנאי תמיכה והדרכה לניסוי הזה. מחקר זה מומן על ידי פרויקט בניית המשמעת של האוניברסיטה הרפואית גואנגדונג (4SG22260G), פרויקט כישרונות חדשניים צעירים של מוסדות גואנגדונג להשכלה גבוהה (2021KQNCX023), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82205301), ופרויקט מחקר הבריאות Futian (FTWS2022051).

1. הדפסה והכנה של חומר עבודה מסגסוגת טיטניום
<ol><li>הכן חומר עבודה עשוי מסגסוגת טיטניום נקבובית באמצעות טכניקת ההדפסה SLM. ייבא קבצים בפורמט STL למדפסת המתכת, הוסף אבקת Ti-6Al-4V, התקן את מצע הבנייה, הגדר את להב המגב, הגדר את גודל ספוט הלייזר ל- 70 מיקרומטר והגדר את עובי השכבה ל- 30 מיקרומטר (<stro...

<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>

חספוס פני השטח משמש לתיאור כמות הגליות וחוסר האחידות של צורות מיקרו גיאומטריות על משטחי חומר עבודה בטווח מרווח קטן. מספר מחקרים קודמים דיווחו כיצד ללטש משטחי מתכת באמצעות הליכים שונים, כגון ליטוש מכני, ליטוש כימי, ליטוש אלקטרוכימי, ועוד 22,33,34,35.<sup class="xr...

חומרי סגסוגת טיטניום וטיטניום נמצאים בשימוש נרחב כחומרי שתלים דנטליים ואורתופדיים בגלל התאימות הביולוגית הטובה שלהם, עמידות בפני קורוזיה וחוזק מכני 1,2,3. עם זאת, בשל המודולוס האלסטי הגבוה של סגסוגת הטיטניום הקומפקטית המיוצרת בשיטות עיבוד מסורתיות, לוחות אלה אינם מתאימים לתיקון עצם, שכן קרבה לפני השטח של העצם לתקופות ארוכות עלולה לגרום למיגון מתח וחריקת עצם 4,5 . לכן, יש להשתמש במיקרו-מבנה הנקבובי של טרבקולה מדומה של עצם בשתלי סגסוגת טיטניום על מנת להפחית את המודולוס האלסטי שלה לרמה התואמת את העצם 6,7. פיגומים רבים שימשו בתחום האורתופדיה לשיפור כדאיות התא, התקשרות, התרבות וביות, התמיינות אוסטאוגנית, אנגיוגנזה, אינטגרציה של מארח ונשיאת משקל 4,8,9. שיטות ייצור מסורתיות של מבני מתכת נקבוביים כוללות את שיטת התבנית המבנית, שיטת היווצרות הפגמים, שיטת דחיסה או פחמן דו חמצני סופר-קריטי, טכניקת אלקטרו-דפוזיציה10,11 וכו '. למרות שטכניקות ייצור אלה הן מסורתיות מאוד, הן מבזבזות מדי פעם חומרי גלם ויש להן עלויות הכנה משמעותיות בהשוואה להדפסת תלת מימד12,13. הדפסה תלת מימדית היא טכנולוגיה המשתמשת באבקת מתכת או פלסטיק וחומרי דבק אחרים לבניית אובייקטים תלת-ממדיים מוצקים ממודלים של תכנון בעזרת מחשב (CAD) באמצעות שיקוע שכבות14,15 מעל. הדפסה בתלת-ממד מראה פוטנציאל גדול בהתאמה אישית ישירה של פיגומים תאיים מתכתיים עבור שתלים אורתופדיים ופותחת אפשרויות חדשות לייצור עיצובים מורכבים הניתנים להתאמה אישית עם נקבוביות מחוברות מאוד. ביניהם, התכת לייזר סלקטיבית (SLM) היא אחת מטכנולוגיות ההדפסה והייצור התלת-ממדיות המייצגות ביותר עבור מבני שתלי טיטניום נקבוביים16 .
תהליך SLM משתמש באבקת סגסוגת טיטניום כחומר הגלם, למעשה האבקה נמסה ויוצרת את המבנה. לכן, מספר רב של אבקות מותכות למחצה ושכבות תחמוצת אבלטיביות נצמדות לעתים קרובות לפני השטח של שתלי סגסוגת טיטניום, מה שמוביל לחספוס פני שטח גבוה17. איכות פני שטח ירודה של שתלים אורתופדיים מטיטניום נקבובי מובילה לדלקת, ירידה בביצועי עייפות ואפילו סיכונים ביולוגיים חדשים18 . מכיוון שלא ניתן ללטש את הנקבוביות הפנימיות של מבנים נקבוביים על ידי ליטוש מכני קונבנציונלי, יש למצוא שיטה חלופית. ליטוש פלזמה היא שיטת ליטוש ירוקה חדשה לעבודות מתכת שיכולה ללטש ביעילות יצירות עבודה עם צורות מורכבות ללא זיהום19 . יש לו פוטנציאל פיתוח גדול בתחום שתל סגסוגת טיטניום לאחר עיבוד.
כסוג של טכנולוגיית פני שטח, טכנולוגיית ליטוש פלזמה מתאימה במיוחד לעבודות מתכת בעלות צורות מורכבות שלא קל ללטש מכנית. המטרה הכוללת של אפשרות ליטוש זו היא להשיג משטח סגסוגת טיטניום נקבובי עם חספוס נמוך. הטכנולוגיה יכולה להסיר ביעילות חלקיקים ושאריות התזה עדינות המחוברות לפני השטח של שתלים אורתופדיים נקבוביים מטיטניום המיוצרים על ידי הדפסה תלת ממדית ולהפחית את חספוס פני השטח20. עקרון ליטוש הפלזמה הוא תהליך תגובה מרוכב המבוסס על שילוב של הסרה כימית ופיזיקלית הנגרמת על ידי זרם21; המעגל כולו יוצר קצר חולף, ויוצר שכבת אדים המקיפה פלזמה על משטח חומר העבודה20. תהליך זה פורץ דרך שכבת הגז ויוצר תעלת פריקה, ומשפיע על משטח חומר העבודה. הזרם הגבוה יותר משפיע על החלק הקמור של משטח חומר העבודה, מה שמוביל להסרה מהירה יותר של אבקה מותכת למחצה ושכבת התחמוצת השרופה. הקמירות והקמור משתנים ללא הרף, והמשטח המחוספס מוחלק בהדרגה, ומשפר את חספוס פני השטח של חומר העבודה כדי להשיג את מטרת הליטוש.
יחד עם זאת, טכנולוגיה זו היא טכנולוגיית עיבוד ירוקה, שאינה גורמת לזיהום הסביבה, ויש לה יתרונות גדולים בהשוואה לשיטות ליטוש אחרות. טכניקות ליטוש מכניות קונבנציונליות כוללות בעיקר ליטוש מכני, ליטוש כימי וליטוש אלקטרוכימי22. ליטוש מכני הוא תהליך הליטוש הקונבנציונלי הנפוץ ביותר; יש לו את החסרונות של יעילות ליטוש נמוכה, ביקוש גבוה יותר לעבודה ידנית, וחוסר יכולת ללטש חלקים עם גיאומטריות מורכבות. הפוטנציאל לפגיעה בעובד והסבירות לחרוג מהטולרנסים עקב גורמים אנושיים הם חסרונות תכופים של ליטוש מכני23. בניגוד לליטוש כימי, המבוסס על שימוש בתמיסה כימית להסרת חלקים מחומר העבודה, ליטוש אלקטרוכימי משתמש בזרם חשמלי ובתמיסה כימית כדי להשיג את אותה תוצאה. למרבה הצער, שני תהליכים אלה מייצרים גזים מסוכנים ונוזלים כתוצרי לוואי של שימוש, הרכב אשר תלוי בחוזק של חומצה או מגיב כימי אלקליין בשימוש. כתוצאה מכך, לא זו בלבד שהעובדים הנוכחים נמצאים בסיכון עקב החשיפה, אלא קיים גם פוטנציאל לפגיעה חמורה בסביבה24 . Aliakseyeu et al.25 הציעו להשתמש בליטוש פלזמה לליטוש יצירות עבודה מסגסוגת טיטניום עם הרכב אלקטרוליטים פשוט. הם מצאו כי לאחר ליטוש דגימת טיטניום מסירים שריטות משטח ומבריק פני השטח משופר באופן משמעותי. Smyslova et al.26 דנו בסיכויים ליישם טכנולוגיית ליטוש פלזמה לטיפול במשטחים של שתלים רפואיים.
תיאורטית, ניתן להשתמש בטכנולוגיית ליטוש פלזמה כדי ללטש את המבנה של כל חלק מתכת. זה כבר מיושם נרחב עבור ציפוי, בתעשיות גימור מתכת, ובאלקטרוניקה 3C, בין היתר22,27,28. עם זאת, למחקר הנוכחי יש כמה מגבלות. ראשית, כתב היד מתמקד רק באיכות פני השטח ובחספוס פני השטח של הדפסת תלת מימד מסגסוגת טיטניום נקבובית לפני ואחרי ליטוש פלזמה; שאר השינויים אינם מעורבים. שנית, לא מדדנו ותיעדנו את התוצאות לאחר הטיפול בחום. Jinyoung Kim et al.29 השוו אסטרטגיות לשינוי פני השטח מטיטניום לשיפור אוסאואינטגרציה. מחקר אחר מראה כי טכניקת ה-TIPS (ראשי תיבות של target-ion induced plasma sputtering) יכולה להקנות פונקציות ביולוגיות מצוינות לפני השטח של שתלים ביולוגיים מתכתיים30. על מנת להמשיך לחקור את יעילות הליטוש והבטיחות של סגסוגת טיטניום נקבובית להדפסה תלת-ממדית, השלב הבא יהיה להמשיך ולחקור את התכונות האחרות של חלק SLM, כגון ביצועי עייפות והתמיינות אוסטאוגנית. נושאים אלה זקוקים לחידוד נוסף. עבודה זו שונה ממחקרי ליטוש פלזמה קודמים בכך שהיא מתמקדת בהדפסה תלת ממדית של סגסוגת טיטניום נקבובית ולא בסגסוגת טיטניום קומפקטית. כתוצאה מכך, תהליכי ייצור שונים צריכים לאמץ פרמטרים שונים של ליטוש. מטרת כתב היד הזה היא להציג את ערכת ליטוש הפלזמה של הדפסת תלת מימד סגסוגת טיטניום נקבובית בפירוט, כדי להפחית את חספוס פני השטח של עבודות עבודה.

<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

לשתלי סגסוגת טיטניום נקבוביים עם עצם טרבקולרית מדומה המיוצרת על ידי טכנולוגיית הדפסה תלת ממדית יש סיכויים רחבים. עם זאת, בשל העובדה כי אבקה מסוימת דבקה על פני השטח של חומר העבודה במהלך תהליך הייצור, חספוס פני השטח חתיכות הדפסה ישירה הוא גבוה יחסית. יחד עם זאת, מכיוון שלא ניתן ללטש את הנקבוביות הפנימיות של המבנה הנקבובי על ידי ליטוש מכני קונבנציונלי, יש למצוא שיטה חלופית. כטכנולוגיית פני שטח, טכנולוגיית ליטוש פלזמה מתאימה במיוחד לחלקים בעלי צורות מורכבות שקשה ללטש מכנית. זה יכול להסיר ביעילות חלקיקים ושאריות התזה עדינות המחוברות לפני השטח של יצירות עבודה מסגסוגת טיטניום נקבובית מודפסת בתלת-ממד. לכן, זה יכול להפחית את חספוס פני השטח. ראשית, אבקת סגסוגת טיטניום משמש להדפסת המבנה הנקבובי של עצם trabecular מדומה עם מדפסת מתכת 3D. לאחר ההדפסה, טיפול בחום, הסרת המבנה התומך, ניקוי קולי מתבצע. לאחר מכן, מתבצע ליטוש פלזמה, המורכב מהוספת אלקטרוליט ליטוש עם ה- pH מוגדר ל -5.7, חימום מראש של המכונה ל -101.6 מעלות צלזיוס, קיבוע חומר העבודה על מתקן הליטוש והגדרת המתח (313 V), זרם (59 A) וזמן ליטוש (3 דקות). לאחר ליטוש, פני השטח של חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי מנותחים על ידי מיקרוסקופ קונפוקלי, וחספוס פני השטח נמדד. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק משמש לאפיון מצב פני השטח של טיטניום נקבובי. התוצאות מראות כי חספוס פני השטח של כל חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי השתנה מ- Ra (חספוס ממוצע) = 126.9 מיקרומטר ל- Ra = 56.28 מיקרומטר, וחספוס פני השטח של המבנה הטרבקולרי השתנה מ- Ra = 42.61 מיקרומטר ל- Ra = 26.25 מיקרומטר. בינתיים, אבקות מותכות למחצה ושכבות תחמוצת אבלטיבי מוסרים, ואיכות פני השטח משופרת.

מורפולוגיה של פני השטח איור 3 מראה את תוצאת SEM של מורפולוגיית פני השטח של חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי לפני ואחרי ליטוש פלזמה. ראינו שבהגדלה של 30x ו-100x, פני השטח של חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובית לפני ליטוש פלזמה נראים מחוספסים יותר (איור 3A,B</...

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

ליטוש פלזמה היא טכנולוגיית עיבוד פני שטח מבטיחה, המתאימה במיוחד להדפסה תלת מימדית של יצירות עבודה מסגסוגת טיטניום נקבוביות. הוא יכול להסיר אבקות מותכות למחצה ושכבות תחמוצת אבלטיבית, ובכך להפחית ביעילות את חספוס פני השטח ולשפר את איכות פני השטח.

ליטוש פלזמה כאפשרות ליטוש חדשה להפחתת חספוס פני השטח של סגסוגת טיטניום נקבובית להדפסה תלת-ממדית

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

מכיוון שלא ניתן ללטש את הדופק הפנימי של מבנים נקבוביים על ידי זיהום מכני קונבנציונלי, יש למצוא שיטה חלופית. זיהום פלזמה היא שיטת עיבוד ידידותית לסביבה היעילה במיוחד עבור חתיכות עבודה מנטליות עם צורות מורכבות. כדי להתחיל, מקם את חלקי העבודה המופרדים מסגסוגת טיטניום בסלסלת הטיטניום מבלי שחלקי העבודה השונים ייגעו זה בזה.הכניסו את סל הטיטניום לכבשן לטיפול בחום בטמפרטורת החדר וסגרו את דלת הכבשן. פתח את שסתום הגז כדי להסיר את האוויר ולשמור על מידת הוואקום המתאימה. כדי להגדיר את תהליך הטיפול בחום תחילה, חממו את הכבשן ל 800 מעלות צלזיוס למשך 1.5 שעות, ולאחר מכן שמרו על הטמפרטורה במשך שעתיים לפני הקירור.לאחר הטיפול בחום, מקררים את הכבשן לטמפרטורת החדר וממלאים את הכבשן באוויר. ברגע שהתנור חוזר ללחץ אטמוספרי כפי שניתן לראות על הלוח, הוציאו את חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי. כדי לצלם את המשטחים של חומר העבודה באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי, מקם את חומר העבודה על פלטפורמת האחסון בצורה אופקית.מדוד את החספוס הממוצע האריתמטי של פני השטח או את הפרמטר RA. בחר הגדלה של 2.5x ובחר רחב למצב חי. כדי לבחון את המצב הכללי לחץ על עוצמה אוטומטית ועבור להגדלה פי 5.לחץ על עוצמה אוטומטית והגדר את מצב החיים לקומפ. בחר את אזור העניין, לחץ על הגדר תחילה בנקודה הנמוכה ביותר והגדר אחרון בנקודה הגבוהה ביותר, והגדר את הרכישה למצב רגיל. לאחר כחמש דקות, יבא את התוצאות למסמך חדש בתוכנת ConfoMap ST8.קל להשיג את ה- RA בטבלת הפרמטרים ב- ConfoMap ST. שימו לב למצב הכללי של חומר העבודה עם מראה פי חמישה. לאחר מכן, עבור למראה בעוצמה גבוהה ומקד את שדה הראייה בטרבקולר. כמת את אפקט ליטוש הפלזמה על ידי RA של חומר העבודה לפני ליטוש פלזמה.לליטוש פלזמה, יש להשתמש בתמיסת אמוניום סולפט 4% עם pH בין 5.7 ל-6.1 כאלקטרוליט. הניחו את פני השטח של חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי לליטוש אופקי וקבעו אותו על גוף התאורה. לאחר מכן, הכניסו את גוף התאורה למכונת ליטוש הפלזמה.כוונו את זרם הליטוש ל-59 זוגות אמפר, את המתח ל-313 וולט ואת טמפרטורת אלקטרוליט הליטוש ל-101.6 מעלות צלזיוס, ובצעו ליטוש פלזמה בהתאם לפרמטרים אלו. לאחר ביצוע ליטוש פלזמה במשך 90 שניות, הוציאו את גוף התאורה ממכונת ליטוש הפלזמה. לאחר מכן, שנה מעט את המיקום של נקודת ההידוק שבה חומר העבודה מקובע לגופה.לא התרחשה שם תגובה אלקטרוכימית מכיוון שהיא לא הייתה במגע עם תמיסת הליטוש. בצעו שוב ליטוש פלזמה למשך 90 שניות, והוציאו את גוף התאורה ממכונת ליטוש הפלזמה. הסר את חומר העבודה מהמתקן והכניס אותו למכונת הניקוי האולטרסונית עם מים נטולי יונים.הגדר את טמפרטורת המים על 30 מעלות צלזיוס ונקה את חומר העבודה במשך שתי דקות. לאחר שתי דקות, להוציא את חומר העבודה ולפוצץ את הנוזל השיורי עם אוויר בלחץ גבוה. לאחר השלמת ליטוש הפלזמה, דמיינו את המשטחים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ומיקרוסקופ קונפוקלי באותו אופן שהודגם קודם.תמונות מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק חשפו את ההבדל במורפולוגיות פני השטח של חומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי לפני ואחרי ליטוש פלזמה. בהגדלה של פי 30 ופי 100, פני השטח לפני ליטוש הפלזמה נראו מחוספסים יותר. כאשר הוגדלו ל -500x, האבקות המותכות למחצה ושכבות התחמוצת האבלטיבית שנצפו על פני הסגסוגת לפני ליטוש הפלזמה נמצאו נעדרות בעיקר לאחר הליטוש.מעניין לציין כי הגודל הנקבובי והקטרים הטרבקולריים תאמו את העיצוב גם לאחר הליטוש. כל וחלק מחומר העבודה מסגסוגת טיטניום נקבובי צולמו באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי סיבובי מהיר. חספוס פני השטח בשני המקרים היה גבוה לפני ליטוש הפלזמה.חספוס פני השטח של מבנים נקבוביים כפי שנחשף על ידי RA, מופחת באופן משמעותי לאחר ליטוש. טכנולוגיה זו הסבירה כי חלקי עבודה מסגסוגת טיטניום נקבוביים יכולים להפחית את חספוס פני השטח באמצעות טכנולוגיית זיהום פלזמה. מחקרים נוספים ניתן לבצע כדי לקבוע את הפרמטרים האופטימליים.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

האדם תאים סרטניים נוירואנדוקריניים קווים כמו מודל תלת ממדי לחקר הטיפול האנושי גידול נוירואנדוקריניים

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

מניפולטיבי טיפול אוסטיאופתי ככלי משלים שימושי עבור דלקת ריאות

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

בניית לשכות החמקן לחשיפת עכברים לאלכוהול במהלך המקביל של כל שלושת הטרימסטר של התפתחות אדם

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 הדפסה של גידולים בתוך-גולגולתי מורכב בנוירוכירורגיה

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

שילוב מציאות רבודה והדפסה 3D כדי להציג מודלים החולה על הטלפון החכם

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

קירור או התחממות הוושט כדי להפחית את פגיעת הוושט במהלך פרפור שמאל אבלציה בטיפול פרפור פרוזדורים

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

תכנון והדפסה של שתלים ספציפיים לחולה לשיקום מומים גרמיות

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

שילוב של הדפסה תלת-ממדית ואלקטרוספינינג לייצור עלוני מסתם לב ביומימטיים

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

פלזמה עשירה בטסיות דם לטיפול במחלות פני השטח של העין

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