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

Me gustaría agradecer a mi supervisor, Wenhua Huang, por proporcionar condiciones de apoyo y orientación para este experimento. Esta investigación fue financiada por el proyecto de construcción de disciplinas de la Universidad Médica de Guangdong (4SG22260G), el Proyecto de Jóvenes Talentos Innovadores de las Instituciones de Educación Superior de Guangdong (2021KQNCX023), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82205301) y el Proyecto de Investigación de Salud Futian (FTWS2022051).

1. Impresión y preparación de una pieza de trabajo de aleación de titanio
<ol><li>Prepare una pieza de trabajo hecha de aleación de titanio poroso utilizando la técnica de impresión SLM. Importe archivos de formato STL en la impresora metálica, agregue polvo Ti-6Al-4V, instale el sustrato de construcción, configure la escobilla del limpiaparabrisas, establezca el tamaño del punto láser en 70 μm y establezca el grosor de la capa en 30 μm (Figura 1).</li>
	<li>Po...

<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>

La rugosidad de la superficie se utiliza para describir la cantidad de ondulación y irregularidad de las formas microgeométricas en superficies de piezas de trabajo dentro de un rango de espaciado pequeño. Varios estudios previos han informado cómo pulir superficies metálicas utilizando diferentes procedimientos, como pulido mecánico, pulido químico, pulido electroquímico y más 22,33,34,35.<...

El titanio y los materiales de aleación de titanio han sido ampliamente utilizados como materiales de implantes dentales y ortopédicos debido a su buena biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y resistencia mecánica 1,2,3. Sin embargo, debido al alto módulo elástico de la aleación compacta de titanio producida por los métodos de procesamiento tradicionales, estas placas no son adecuadas para la reparación ósea, ya que la proximidad a la superficie ósea durante largos períodos puede provocar protección contra tensiones y fragilización ósea 4,5 . Por lo tanto, la microestructura porosa de las trabéculas óseas simuladas debe utilizarse en implantes de aleación de titanio para reducir su módulo elástico al nivel que coincida con el hueso 6,7. Muchos andamios se han utilizado en el campo de la ortopedia para mejorar la viabilidad celular, la unión, la proliferación y el homing, la diferenciación osteogénica, la angiogénesis, la integración del huésped y la carga de peso 4,8,9. Los métodos tradicionales de fabricación de estructuras metálicas porosas incluyen el método de plantilla estructural, el método de formación de defectos, el método de compresión o dióxido de carbono supercrítico, la técnica de electrodeposición10,11, etc. Aunque estas técnicas de producción son muy tradicionales, ocasionalmente desperdician materias primas y tienen costos preparatorios sustanciales en comparación con la impresión 3D12,13. La impresión 3D es una tecnología que utiliza polvo metálico o plástico y otros materiales adhesivos para construir objetos 3D sólidos a partir de modelos de diseño asistido por computadora (CAD) a través de la deposición de capas superpuestas14,15 . La impresión 3D muestra un gran potencial en la personalización directa de andamios celulares metálicos para implantes ortopédicos y abre nuevas posibilidades para la fabricación de diseños complejos personalizables con poros altamente interconectados. Entre ellas, la fusión selectiva por láser (SLM) es una de las tecnologías de impresión y fabricación 3D más representativas para estructuras porosas de implantes de titanio16 .
El proceso SLM utiliza polvo de aleación de titanio como materia prima, esencialmente polvo que funde y forma la estructura. Por lo tanto, una gran cantidad de polvos semifundidos y capas de óxido ablativo a menudo se adhieren a la superficie de los implantes de aleación de titanio, lo que conduce a una alta rugosidad superficial17. La mala calidad de la superficie de los implantes ortopédicos porosos de titanio conduce a la inflamación, disminución del rendimiento de fatiga e incluso nuevos riesgos biológicos18 . Dado que los poros internos de las estructuras porosas no pueden ser pulidos por pulido mecánico convencional, es necesario encontrar un método alternativo. El pulido por plasma es un nuevo método de pulido verde para piezas de trabajo metálicas que puede pulir eficientemente piezas de trabajo con formas complejas sin contaminación19 . Tiene un gran potencial de desarrollo en el campo del post-procesamiento de implantes de aleación de titanio.
Como un tipo de tecnología de superficie, la tecnología de pulido por plasma es particularmente adecuada para piezas de trabajo metálicas con formas complejas que no son fáciles de pulir mecánicamente. El objetivo general de esta opción de pulido es obtener una superficie porosa de aleación de titanio con baja rugosidad. La tecnología puede eliminar eficazmente partículas y residuos de salpicaduras finas adheridas a la superficie de los implantes ortopédicos porosos de titanio fabricados mediante impresión 3D y reducir la rugosidad de la superficie20. El principio del pulido por plasma es un proceso de reacción compuesto basado en una combinación de eliminación química y física inducida por corriente21; Todo el circuito forma un cortocircuito transitorio, formando una capa circundante de plasma de vapor en la superficie20 de la pieza de trabajo. Este proceso rompe la capa de gas para formar un canal de descarga, impactando la superficie de la pieza de trabajo. La corriente más alta afecta la parte convexa de la superficie de la pieza de trabajo, lo que lleva a la eliminación más rápida del polvo semifundido y la capa de óxido quemado. La concavidad y la convexidad cambian constantemente, y la superficie rugosa se alisa gradualmente, mejorando la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo para lograr el propósito de pulir.
Al mismo tiempo, esta tecnología es una tecnología de procesamiento verde, que no causa contaminación al medio ambiente y tiene grandes ventajas en comparación con otros métodos de pulido. Las técnicas convencionales de pulido mecánico incluyen principalmente pulido mecánico, pulido químico y pulido electroquímico22. El pulido mecánico es el proceso de pulido convencional más utilizado; Tiene las desventajas de una baja eficiencia de pulido, una mayor demanda de mano de obra y la incapacidad de pulir piezas con geometrías complejas. El potencial de lesiones de los empleados y la probabilidad de exceder las tolerancias debido a factores humanos son inconvenientes frecuentes del pulido mecánico23. A diferencia del pulido químico, que se basa en la utilización de una solución química para eliminar partes del material de una pieza de trabajo, el pulido electroquímico utiliza una corriente eléctrica y una solución química para obtener el mismo resultado. Desafortunadamente, ambos procesos producen gases y líquidos peligrosos como subproductos de uso, cuya composición depende de la fuerza del reactivo químico ácido o alcalino que se utiliza. Como resultado, no sólo se considera que los trabajadores presentes están en riesgo debido a la exposición, sino que también existe la posibilidad de daños graves al medio ambiente24. Aliakseyeu et al.25 propusieron utilizar pulido por plasma para pulir piezas de trabajo de aleación de titanio con composición electrolítica simple. Descubrieron que, después de pulir la muestra de titanio, se eliminan los arañazos de la superficie y se mejora significativamente el brillo de la superficie. Smyslova et al.26 deliberaron sobre las perspectivas de aplicar la tecnología de pulido por plasma para tratar las superficies de los implantes médicos.
Teóricamente, la tecnología de pulido por plasma se puede utilizar para pulir la estructura de cualquier pieza metálica. Se ha aplicado ampliamente para recubrimientos, en industrias de acabado de metales y en electrónica 3C, entre otras22,27,28. Sin embargo, el presente estudio tiene algunas limitaciones. En primer lugar, el manuscrito solo se centra en la calidad de la superficie y la rugosidad de la superficie de la impresión 3D de aleación porosa de titanio antes y después del pulido por plasma; Los cambios restantes no están involucrados. En segundo lugar, no medimos ni registramos los resultados después del tratamiento térmico. Jinyoung Kim et al.29 compararon estrategias de modificación de la superficie de titanio para la mejora de la osteointegración. Otro estudio muestra que la técnica de pulverización catódica de plasma inducida por iones objetivo (TIPS) puede impartir excelentes funciones biológicas a la superficie de los bioimplantes metálicos30. Con el fin de investigar más a fondo la eficacia de pulido y la seguridad de la aleación de titanio poroso para la impresión 3D, el siguiente paso será estudiar más a fondo otras propiedades de la pieza SLM, como el rendimiento a fatiga y la diferenciación osteogénica. Estas cuestiones necesitan un mayor perfeccionamiento. Este trabajo difiere de los estudios anteriores de pulido por plasma en que se centra en la impresión 3D de aleación de titanio poroso en lugar de aleación compacta de titanio. Como resultado, los diferentes procesos de fabricación deben adoptar diferentes parámetros de pulido. El propósito de este manuscrito es presentar el esquema de pulido por plasma de la impresión 3D de aleación de titanio poroso en detalle, a fin de reducir la rugosidad de la superficie de las piezas de trabajo.

<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

Los implantes porosos de aleación de titanio con hueso trabecular simulado fabricado mediante tecnología de impresión 3D tienen amplias perspectivas. Sin embargo, debido al hecho de que parte del polvo se adhiere a la superficie de la pieza de trabajo durante el proceso de fabricación, la rugosidad de la superficie en las piezas de impresión directa es relativamente alta. Al mismo tiempo, dado que los poros internos de la estructura porosa no se pueden pulir mediante pulido mecánico convencional, es necesario encontrar un método alternativo. Como tecnología de superficie, la tecnología de pulido por plasma es especialmente adecuada para piezas con formas complejas que son difíciles de pulir mecánicamente. Puede eliminar eficazmente partículas y residuos de salpicaduras finas adheridas a la superficie de las piezas de trabajo de aleación de titanio poroso impresas en 3D. Por lo tanto, puede reducir la rugosidad de la superficie. En primer lugar, el polvo de aleación de titanio se utiliza para imprimir la estructura porosa del hueso trabecular simulado con una impresora 3D de metal. Después de la impresión, se lleva a cabo el tratamiento térmico, la eliminación de la estructura de soporte y la limpieza ultrasónica. Luego, se realiza el pulido por plasma, que consiste en agregar un electrolito de pulido con el pH ajustado a 5.7, precalentar la máquina a 101.6 ° C, fijar la pieza de trabajo en el accesorio de pulido y ajustar el voltaje (313 V), la corriente (59 A) y el tiempo de pulido (3 min). Después del pulido, la superficie de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa se analiza con un microscopio confocal y se mide la rugosidad de la superficie. La microscopía electrónica de barrido se utiliza para caracterizar la condición superficial del titanio poroso. Los resultados muestran que la rugosidad superficial de toda la pieza de trabajo de aleación de titanio poroso cambió de Ra (rugosidad promedio) = 126.9 μm a Ra = 56.28 μm, y la rugosidad superficial de la estructura trabecular cambió de Ra = 42.61 μm a Ra = 26.25 μm. Mientras tanto, se eliminan los polvos semifundidos y las capas de óxido ablativo, y se mejora la calidad de la superficie.

Morfología superficial La Figura 3 muestra el resultado SEM de la morfología superficial de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa antes y después del pulido por plasma. Observamos que con un aumento de 30x y 100x, la superficie de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa antes del pulido por plasma parece ser más rugosa (Figura 3A, B). Cuando se amplió a 500x, encontramos que se podía observar una...

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

El pulido por plasma es una tecnología de procesamiento de superficies prometedora, especialmente adecuada para la impresión 3D de piezas de trabajo porosas de aleación de titanio. Puede eliminar polvos semifundidos y capas de óxido ablativo, reduciendo así eficazmente la rugosidad de la superficie y mejorando la calidad de la superficie.

El pulido por plasma como una nueva opción de pulido para reducir la rugosidad superficial de la aleación de titanio poroso para impresión 3D

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

Dado que el pulso interno de las estructuras porosas no puede ser pulido por la contaminación mecánica convencional, es necesario encontrar un método alternativo. La contaminación por plasma es un método de procesamiento respetuoso con el medio ambiente que es especialmente eficaz para piezas de trabajo mental con formas complejas. Para comenzar, coloque las piezas de trabajo de aleación de titanio separadas en la cesta de titanio sin que las diferentes piezas de trabajo se toquen entre sí.Coloque la cesta de titanio en el horno de tratamiento térmico a temperatura ambiente y cierre la puerta del horno. Abra la válvula de gas para eliminar el aire y mantener el grado adecuado de vacío. Para configurar primero el proceso de tratamiento térmico, caliente el horno a 800 grados centígrados durante 1,5 horas y luego mantenga la temperatura durante dos horas antes de enfriar.Después del tratamiento térmico, enfríe el horno a temperatura ambiente y llene el horno con aire. Una vez que el horno vuelva a la presión atmosférica como se ve en el panel, saque la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa. Para obtener imágenes de las superficies de la pieza de trabajo con un microscopio confocal, coloque la pieza de trabajo en la plataforma de almacenamiento horizontalmente.Mida la rugosidad media aritmética de la superficie o el parámetro RA. Seleccione un aumento de 2,5x y elija ancho para el modo en vivo. Para observar la situación general, haga clic en intensidad automática y vaya a un aumento de 5x.Haga clic en Intensidad automática y establezca el modo en vivo en Comp. Seleccione el área de interés, haga clic en establecer primero en el punto más bajo y establecer el último en el punto más alto, y establezca la adquisición en normal. Después de unos cinco minutos, importe los resultados en un nuevo documento en el software ConfoMap ST8.El RA es fácil de obtener en la tabla de parámetros de ConfoMap ST. Observe el estado general de la pieza de trabajo con un espejo quíntuple. Luego, cambie a un espejo de alta potencia y enfoque el campo de visión en un trabecular. Cuantificar el efecto de pulido por plasma por la AR de la pieza de trabajo antes del pulido por plasma.Para pulir el plasma, use una solución de sulfato de amonio al 4% con pH entre 5.7 y 6.1 como electrolito. Coloque la superficie de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa que se va a pulir horizontalmente y fíjela en el accesorio. Luego, coloque el accesorio en la máquina pulidora de plasma.Ajuste la corriente de pulido a 59 pares de amperios, el voltaje a 313 voltios y la temperatura del electrolito de pulido a 101.6 grados centígrados, y realice el pulido por plasma de acuerdo con estos parámetros. Después de realizar el pulido por plasma durante 90 segundos, saque el accesorio de la máquina de pulido por plasma. Luego, cambie ligeramente la posición del punto de sujeción donde la pieza de trabajo está fijada al accesorio.No se produjo ninguna reacción electroquímica allí, ya que no estaba en contacto con la solución de pulido. Realice el pulido por plasma nuevamente durante 90 segundos y saque el accesorio de la máquina de pulido por plasma. Retire la pieza de trabajo del accesorio y colóquela en la máquina de limpieza ultrasónica con agua desionizada.Ajuste la temperatura del agua a 30 grados centígrados y limpie la pieza de trabajo durante dos minutos. Después de dos minutos, saque la pieza de trabajo y sople el líquido residual con aire a alta presión. Después de completar el pulido por plasma, obtenga una imagen de las superficies utilizando microscopía electrónica de barrido y microscopía confocal de la misma manera que se demostró anteriormente.Las imágenes de microscopía electrónica de barrido revelaron la diferencia en las morfologías superficiales de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa antes y después del pulido por plasma. Con un aumento de 30x y 100x, la superficie antes del pulido por plasma parecía más áspera. Cuando se magnificó a 500x, los polvos semifundidos y las capas de óxido ablativo observadas en la superficie de la aleación antes del pulido por plasma se encontraron en su mayoría ausentes después del pulido.Curiosamente, el tamaño poroso y los diámetros trabeculares eran consistentes con el diseño incluso después del pulido. La totalidad y parte de la pieza de trabajo de aleación de titanio porosa se obtuvieron imágenes utilizando el microscopio confocal rotativo rápido. La rugosidad de la superficie en ambos casos era alta antes del pulido por plasma.La rugosidad superficial de las estructuras porosas revelada por el RA, se reduce significativamente después del pulido. Esta tecnología ha explicado que las piezas de trabajo porosas de aleación de titanio pueden reducir la rugosidad de la superficie a través de la tecnología de contaminación por plasma. Se pueden realizar más estudios para determinar los parámetros óptimos.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Humanos neuroendocrinos líneas de células tumorales como un modelo tridimensional para el estudio de la terapia humana tumor neuroendocrino

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 ...

Investigación

Medicina

Osteopathic Manipulative Treatment as a Useful Adjunctive Tool for Pneumonia

Manipulación Osteopática como herramienta complementaria útil para la Neumonía

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 ...

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Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

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

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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

Enfriar o calentar el esófago para reducir la lesión esofágica durante la ablación auricular izquierda en el tratamiento de la fibrilación auricular

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

Planificación e impresión 3D de implantes específicos para el paciente para la reconstrucción de defectos óseos

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

Combinación de impresión 3D y electrohilado para fabricar folletos biomiméticos de válvulas cardíacas

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Lisado plasmático rico en plaquetas para el tratamiento de enfermedades de la superficie ocular

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