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

Gostaria de agradecer ao meu supervisor, Wenhua Huang, por fornecer condições de apoio e orientação para este experimento. Esta pesquisa foi financiada pelo projeto de construção da Disciplina da Universidade de Medicina de Guangdong (4SG22260G), Projeto de Jovens Talentos Inovadores das Instituições de Ensino Superior de Guangdong (2021KQNCX023), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82205301) e Projeto de Pesquisa em Saúde Futian (FTWS2022051).

1. Impressão e preparação de uma peça de liga de titânio
<ol><li>Prepare uma peça de trabalho feita de liga de titânio porosa usando a técnica de impressão SLM. Importe arquivos de formato STL para a impressora de metal, adicione pó de Ti-6Al-4V, instale o substrato de construção, configure a lâmina do limpador, defina o tamanho do ponto laser para 70 μm e defina a espessura da camada para 30 μm (Figura 1).</li>
	<li>Grau 23 Ti-6Al-4V pó com composição qu...

<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. 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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>

A rugosidade superficial é usada para descrever a quantidade de ondulação e desnível de formas microgeométricas em superfícies de peças de trabalho dentro de uma pequena faixa de espaçamento. Vários estudos anteriores relataram como polir superfícies metálicas usando diferentes procedimentos, como polimento mecânico, polimento químico, polimento eletroquímico e muito mais 22,33,34,35.</...

Materiais de titânio e ligas de titânio têm sido amplamente utilizados como materiais de implantes dentários e ortopédicos devido à sua boa biocompatibilidade, resistência à corrosão e resistência mecânica 1,2,3. Entretanto, devido ao alto módulo de elasticidade da liga compacta de titânio produzida pelos métodos tradicionais de processamento, essas placas não são adequadas para o reparo ósseo, uma vez que a proximidade com a superfície óssea por longos períodos pode resultar em stress shielding e fragilização óssea 4,5 . Portanto, a microestrutura porosa das trabéculas ósseas simuladas deve ser utilizada em implantes de liga de titânio a fim de reduzir seu módulo de elasticidade ao nível compatível com o osso 6,7. Muitos scaffolds têm sido utilizados no campo da ortopedia para melhorar a viabilidade celular, fixação, proliferação e homing, diferenciação osteogênica, angiogênese, integração do hospedeiro e carga 4,8,9. Os métodos tradicionais de fabricação de estruturas metálicas porosas incluem o método do molde estrutural, o método de formação de defeitos, o método de compressão ou dióxido de carbono supercrítico, a técnica de eletrodeposição10,11, etc. Embora essas técnicas de produção sejam altamente tradicionais, ocasionalmente desperdiçam matérias-primas e apresentam custos preparatórios substanciais quando comparadas à impressão 3D12,13. A impressão 3D é uma tecnologia que utiliza pó de metal ou plástico e outros materiais adesivos para construir objetos 3D sólidos a partir de modelos CAD (Computer Aided Design) através da deposição de camadas sobrejacentes14,15 . A impressão 3D mostra grande potencial na personalização direta de arcabouços celulares metálicos para implantes ortopédicos e abre novas possibilidades para a fabricação de projetos complexos personalizáveis com poros altamente interconectados. Dentre elas, a fusão seletiva a laser (SLM) é uma das mais representativas tecnologias de impressão e fabricação 3D para estruturas porosas de implantes de titânio16 .
O processo SLM utiliza pó de liga de titânio como matéria-prima, essencialmente pó derretendo e formando a estrutura. Portanto, um grande número de pós semifundidos e camadas de óxido ablativo frequentemente aderem à superfície dos implantes de liga de titânio, o que leva a uma alta rugosidade superficial17. A má qualidade superficial dos implantes ortopédicos de titânio poroso leva à inflamação, diminuição do desempenho em fadiga e até mesmo novos riscos biológicos18 . Uma vez que os poros internos de estruturas porosas não podem ser polidos pelo polimento mecânico convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. O polimento a plasma é um novo método de polimento verde para peças de metal que pode polir eficientemente peças com formas complexas sem poluição19 . Possui grande potencial de desenvolvimento na área de pós-processamento de implantes de ligas de titânio.
Como um tipo de tecnologia de superfície, a tecnologia de polimento a plasma é particularmente adequada para peças de metal com formas complexas que não são fáceis de serem polidas mecanicamente. O objetivo geral desta opção de polimento é obter uma superfície de liga de titânio porosa com baixa rugosidade. A tecnologia pode efetivamente remover partículas e resíduos de respingos finos presos à superfície de implantes ortopédicos porosos de titânio fabricados por impressão 3D e reduzir a rugosidade superficial20. O princípio do polimento a plasma é um processo de reação composto baseado em uma combinação de remoção química e física induzida pela corrente21; Todo o circuito forma um curto-circuito transitório, formando uma camada de plasma de vapor na superfície da peça20. Este processo rompe a camada de gás para formar um canal de descarga, impactando a superfície da peça. A maior corrente impacta a parte convexa da superfície da peça, levando à remoção mais rápida do pó semifundido e da camada de óxido queimado. A concavidade e a convexidade estão em constante mudança, e a superfície rugosa torna-se gradualmente suavizada, melhorando a rugosidade superficial da peça de trabalho para atingir o propósito de polimento.
Ao mesmo tempo, esta tecnologia é uma tecnologia de processamento verde, não causando poluição ao meio ambiente, e tem grandes vantagens em comparação com outros métodos de polimento. As técnicas convencionais de polimento mecânico incluem principalmente polimento mecânico, polimento químico e polimento eletroquímico22. O polimento mecânico é o processo de polimento convencional mais utilizado; Tem as desvantagens de baixa eficiência de polimento, maior demanda de trabalho manual e incapacidade de polir peças com geometrias complexas. O potencial de lesão do empregado e a probabilidade de exceder as tolerâncias devido a fatores humanos são desvantagens frequentes do polimento mecânico23. Em contraste com o polimento químico, que se baseia na utilização de uma solução química para remover partes do material de uma peça de trabalho, o polimento eletroquímico utiliza uma corrente elétrica e uma solução química para obter o mesmo resultado. Infelizmente, ambos os processos produzem gases e líquidos perigosos como subprodutos de uso, cuja composição depende da força do reagente químico ácido ou alcalino utilizado. Como resultado, não só os trabalhadores presentes são considerados de risco devido à exposição, mas também há o potencial de danos graves ao meio ambiente24. Aliakseyeu et al.25 propuseram a utilização de polimento a plasma para polimento de peças de liga de titânio com composição eletrolítica simples. Eles descobriram que, após o polimento, os riscos superficiais da amostra de titânio são removidos e o brilho da superfície é significativamente melhorado. Smyslova et al.26 deliberaram sobre as perspectivas da aplicação da tecnologia de polimento a plasma no tratamento de superfícies de implantes médicos.
Teoricamente, a tecnologia de polimento a plasma pode ser utilizada para polir a estrutura de qualquer peça metálica. Tem sido amplamente aplicado em revestimentos, em indústrias de acabamento metálico, eletrônica 3C, entre outros22,27,28. No entanto, o presente estudo apresenta algumas limitações. Em primeiro lugar, o manuscrito se concentra apenas na qualidade da superfície e rugosidade superficial da impressão 3D da liga porosa de titânio antes e depois do polimento a plasma; as demais alterações não estão envolvidas. Em segundo lugar, não medimos e registramos os resultados após o tratamento térmico. Jinyoung, Kim et al.29 compararam estratégias de modificação da superfície do titânio para aumento da osseointegração. Outro estudo mostra que a técnica de sputtering plasma induzido por íons-alvo (TIPS) pode conferir excelentes funções biológicas à superfície de bio-implantes metálicos30. A fim de investigar melhor a eficácia e a segurança do polimento da liga porosa de titânio para impressão 3D, o próximo passo será estudar mais profundamente as outras propriedades da peça SLM, como desempenho em fadiga e diferenciação osteogênica. Essas questões precisam de mais refinamento. Este trabalho difere de estudos anteriores de polimento a plasma por se concentrar na impressão 3D de liga de titânio poroso em vez de liga de titânio compacta. Como resultado, diferentes processos de fabricação devem adotar diferentes parâmetros de polimento. O objetivo deste manuscrito é apresentar o esquema de polimento a plasma da impressão 3D de ligas porosas de titânio em detalhes, de modo a reduzir a rugosidade superficial das peças.

<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

Implantes de liga de titânio poroso com osso trabecular simulado fabricados por tecnologia de impressão 3D têm amplas perspectivas. No entanto, devido ao fato de que alguns pós aderem à superfície da peça durante o processo de fabricação, a rugosidade superficial em peças de impressão direta é relativamente alta. Ao mesmo tempo, como os poros internos da estrutura porosa não podem ser polidos pelo polimento mecânico convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. Como uma tecnologia de superfície, a tecnologia de polimento a plasma é especialmente adequada para peças com formas complexas que são difíceis de polir mecanicamente. Ele pode efetivamente remover partículas e resíduos de respingos finos anexados à superfície de peças de liga de titânio poroso impressas em 3D. Portanto, pode reduzir a rugosidade superficial. Em primeiro lugar, o pó de liga de titânio é usado para imprimir a estrutura porosa do osso trabecular simulado com uma impressora 3D de metal. Após a impressão, o tratamento térmico, a remoção da estrutura de suporte e a limpeza ultra-sônica são realizados. Em seguida, é realizado o polimento a plasma, que consiste em adicionar um eletrólito de polimento com o pH ajustado para 5,7, pré-aquecer a máquina a 101,6 °C, fixar a peça no dispositivo de polimento e ajustar a tensão (313 V), a corrente (59 A) e o tempo de polimento (3 min). Após o polimento, a superfície da peça de liga porosa de titânio é analisada por um microscópio confocal e a rugosidade superficial é medida. A microscopia eletrônica de varredura é usada para caracterizar a condição da superfície do titânio poroso. Os resultados mostram que a rugosidade superficial de toda a peça porosa de liga de titânio variou de Ra (rugosidade média) = 126,9 μm para Ra = 56,28 μm, e a rugosidade superficial da estrutura trabecular variou de Ra = 42,61 μm para Ra = 26,25 μm. Enquanto isso, pós semi-fundidos e camadas de óxido ablativo são removidos, e a qualidade da superfície é melhorada.

Morfologia da superfície A Figura 3 mostra o resultado da MEV da morfologia superficial da peça de liga porosa de titânio antes e após o polimento a plasma. Observamos que, em aumentos de 30x e 100x, a superfície da peça porosa de liga de titânio antes do polimento a plasma parece ser mais rugosa (Figura 3A,B). Quando ampliado para 500x, observou-se que uma grande quantidade de pós semifundidos e camadas de óxido abl...

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

O polimento a plasma é uma tecnologia promissora de processamento de superfícies, especialmente adequada para impressão 3D de peças de liga porosa de titânio. Pode remover pós semi-fundidos e camadas de óxido ablativo, reduzindo assim eficazmente a rugosidade da superfície e melhorando a qualidade da superfície.

Polimento a plasma como uma nova opção de polimento para reduzir a rugosidade superficial da liga porosa de titânio para impressão 3D

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

Uma vez que o pulso interno de estruturas porosas não pode ser polido pela poluição mecânica convencional, um método alternativo precisa ser encontrado. A poluição por plasma é um método de processamento ecológico que é especialmente eficaz para peças de trabalho mental com formas complexas. Para começar, coloque as peças de liga de titânio separadas no cesto de titânio sem que as diferentes peças se toquem.Coloque o cesto de titânio no forno de tratamento térmico à temperatura ambiente e feche a porta do forno. Abra a válvula de gás para remover o ar e manter o grau adequado de vácuo. Para definir o processo de tratamento térmico primeiro, aqueça o forno a 800 graus Celsius por 1,5 horas e, em seguida, mantenha a temperatura por duas horas antes de esfriar.Após o tratamento térmico, resfriar o forno até a temperatura ambiente e enchê-lo de ar. Quando o forno retornar à pressão atmosférica vista no painel, retire a peça de liga de titânio porosa. Para obter imagens das superfícies da peça usando um microscópio confocal, coloque a peça na plataforma de armazenamento horizontalmente.Medir a aritmética da superfície média rugosidade ou parâmetro RA. Selecione a ampliação de 2,5x e escolha wide para o modo ao vivo. Para observar a situação geral, clique em intensidade automática e vá para ampliação de 5x.Selecione a área de interesse, clique em definir primeiro no ponto mais baixo e defina por último no ponto mais alto e defina a aquisição como normal. Após cerca de cinco minutos, importe os resultados para um novo documento no software ConfoMap ST8.O RA é de fácil obtenção na tabela de parâmetros do ConfoMap ST. Observe o estado geral da peça de trabalho com um espelho de cinco vezes. Em seguida, mude para um espelho de alta potência e foque o campo de visão em um trabecular. Quantificar o efeito de polimento a plasma pelo RA da peça de trabalho antes do polimento a plasma.Para polimento a plasma, utilizar como eletrólito solução de sulfato de amônio a 4% com pH entre 5,7 e 6,1. Coloque a superfície da peça de liga de titânio porosa a ser polida horizontalmente e fixe-a no acessório. Em seguida, coloque o acessório na máquina de polimento a plasma.Ajuste a corrente de polimento para 59 pares de ampères, a tensão para 313 volts e a temperatura do eletrólito de polimento para 101,6 graus Celsius, e conduza o polimento a plasma de acordo com esses parâmetros. Depois de realizar o polimento a plasma por 90 segundos, retire o acessório da máquina de polimento a plasma. Em seguida, altere ligeiramente a posição do ponto de fixação onde a peça de trabalho está fixada ao acessório.Nenhuma reação eletroquímica ocorreu lá, pois não estava em contato com a solução de polimento. Faça o polimento a plasma novamente por 90 segundos e retire o acessório da máquina de polimento a plasma. Retire a peça de trabalho do acessório e coloque-a na máquina de limpeza ultra-sônica com água deionizada.Ajuste a temperatura da água em 30 graus Celsius e limpe a peça por dois minutos. Após dois minutos, retire a peça e exploda o líquido residual com ar de alta pressão. Após a conclusão do polimento a plasma, obter imagens das superfícies usando microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal da mesma forma demonstrada anteriormente.As imagens de microscopia eletrônica de varredura revelaram a diferença nas morfologias superficiais da peça porosa de liga de titânio antes e após o polimento a plasma. Com aumentos de 30x e 100x, a superfície antes do polimento a plasma parecia mais rugosa. Quando ampliados para 500x, os pós semifundidos e as camadas de óxido ablativo observados na superfície da liga antes do polimento a plasma mostraram-se ausentes após o polimento.Curiosamente, o tamanho poroso e os diâmetros trabeculares foram consistentes com o projeto mesmo após o polimento. A totalidade e parte da peça de liga porosa de titânio foram fotografadas usando o microscópio confocal rotativo rápido. A rugosidade superficial em ambos os casos foi alta antes do polimento a plasma.A rugosidade superficial das estruturas porosas, revelada pelo AR, reduziu significativamente após o polimento. Essa tecnologia explicou que peças de liga porosa de titânio podem reduzir a rugosidade da superfície por meio da tecnologia de poluição por plasma. Novos estudos podem ser realizados para determinar os parâmetros ótimos.

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