3D 프린팅을 위한 다공성 티타늄 합금의 표면 거칠기를 줄이기 위한 새로운 연마 옵션으로서의 플라즈마 연마

Zhiwei Lin; Lincong Luo; Dongxin Lin; Yuping Deng; Yang Yang; Xuecheng Huang; Tingrui Wu; Wenhua Huang

doi:10.3791/65108

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방법 논문

3D 프린팅을 위한 다공성 티타늄 합금의 표면 거칠기를 줄이기 위한 새로운 연마 옵션으로서의 플라즈마 연마

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DOI:

10.3791/65108

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2023년 4월 28일

Zhiwei Lin^*¹^,² , Lincong Luo^*³ , Dongxin Lin^*⁴ , Yuping Deng⁴^,⁵ , Yang Yang⁴ , Xuecheng Huang⁶ , Tingrui Wu¹ , Wenhua Huang¹^,²^,⁴

¹Orthopedic Center, Affiliated Hospital of Guangdong Medical University, ²The School of Basic Medical Sciences, Guangdong Medical University, ³The School of Basic Medical Sciences, Fujian Medical University, ⁴Guangdong Engineering Research Center for Translation of Medical 3D Printing Application, Guangdong Provincial Key Laboratory of Digital Medicine and Biomechanics, National Key Discipline of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, ⁵Integrated Hospital of Traditional Chinese Medicine, Southern Medical University, ⁶Shenzhen Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine (Futian)

^* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

플라즈마 연마는 유망한 표면 처리 기술이며 특히 다공성 티타늄 합금 공작물의 3D 프린팅에 적합합니다. 반용융 분말 및 절제 산화물 층을 제거하여 표면 거칠기를 효과적으로 줄이고 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.

초록

3D 프린팅 기술로 제작된 모의 섬유주골이 있는 다공성 티타늄 합금 임플란트는 광범위한 전망을 가지고 있습니다. 그러나 제조 과정에서 일부 분말이 공작물 표면에 부착되기 때문에 직접 인쇄물의 표면 거칠기가 상대적으로 높습니다. 동시에, 다공성 구조의 내부 기공은 종래의 기계적 연마에 의해 연마될 수 없기 때문에, 대안적인 방법이 발견될 필요가 있다. 표면 기술로서 플라즈마 연마 기술은 기계적으로 연마하기 어려운 복잡한 형상의 부품에 특히 적합합니다. 3D 프린팅된 다공성 티타늄 합금 공작물의 표면에 부착된 입자와 미세한 스플래시 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 따라서 표면 거칠기를 줄일 수 있습니다. 첫째, 티타늄 합금 분말은 금속 3D 프린터로 시뮬레이션된 섬유주골의 다공성 구조를 인쇄하는 데 사용됩니다. 인쇄 후, 열처리,지지 구조의 제거 및 초음파 세척이 수행된다. 그 후, pH가 5.7로 설정된 연마 전해질을 첨가하고, 기계를 101.6°C로 예열하고, 연마 고정구에 공작물을 고정하고, 전압(313V), 전류(59A) 및 연마 시간(3분)을 설정하는 플라즈마 연마를 수행합니다. 연마 후 다공성 티타늄 합금 공작물의 표면을 공초점 현미경으로 분석하고 표면 거칠기를 측정합니다. 주사 전자 현미경은 다공성 티타늄의 표면 상태를 특성화하는 데 사용됩니다. 결과는 전체 다공성 티타늄 합금 공작물의 표면 거칠기가 Ra (평균 거칠기) = 126.9 μm에서 Ra = 56.28 μm로 변화하고 섬유주 구조의 표면 거칠기가 Ra = 42.61 μm에서 Ra = 26.25 μm로 변화했음을 보여줍니다. 한편, 반 용융 분말 및 절제 산화물 층이 제거되고 표면 품질이 향상됩니다.

서론

티타늄 및 티타늄 합금 재료는 우수한 생체 적합성, 내식성 및 기계적 강도^때문에 치과 및 정형 외과 임플란트 재료로 널리 사용되었습니다 ^1,2,3. 그러나, 전통적인 가공 방법에 의해 제조된 콤팩트한 티타늄 합금의 높은 탄성률로 인해, 이들 플레이트는 장기간 뼈 표면에 근접하면 응력 차폐 및 뼈 취성을 초래할 수 있기 때문에 뼈 수복에 적합하지 않다(^4,5). 따라서 모의 뼈 섬유주의 다공성 미세 구조는 탄성 계수를 뼈 ^6,7과 일치하는 수준으로 줄이기 위해 티타늄 합금 임플란트에 사용해야 합니다. 많은 스캐폴드가 세포 생존력, 부착, 증식 및 귀환, 골형성 분화, 혈관신생, 숙주 통합 및 체중 부하를 개선하기 위해 정형외과 분야에서 사용되어 왔다 ^4,8,9.