Ti6Al4V nella fusione laser selettiva: analisi delle tecniche di lucidatura laser
Ricercatori cinesi stanno espandendo nuovi materiali e tecnologie per migliorare la qualità della superficie nella stampa 3D in metallo, sottolineando le loro scoperte in ” Lucidatura laser di Ti6Al4V fabbricata mediante fusione laser selettiva “. La tecnologia SLM consente la fabbricazione di parti complesse e sta diventando sempre più popolare grazie alla latitudine consentita a progettisti e ricercatori, nonché a una maggiore efficienza nella produzione.
In questo studio, i ricercatori si concentrano sui vantaggi positivi per la bioprinting e sulla versatilità offerta per la fabbricazione di impianti correlati alla fusione ossea. La finitura superficiale inferiore è una delle maggiori sfide, tuttavia, che comporta i seguenti problemi:
Effetto gradino
Precisione a bassa dimensione
Maggiore attrito
Basso effetto terapeutico
“Vari trattamenti di post-elaborazione convenzionali, quali sabbiatura, lucidatura chimica, lucidatura elettrolitica, lavorazione meccanica, lucidatura ad ultrasuoni e ossidazione sono stati utilizzati su componenti metallici AM (Additive Manufacturing) per ridurre la loro rugosità superficiale. Tuttavia, numerosi inconvenienti, come richiedere molto tempo, è difficile ottenere componenti di precisione della macchina, rischi chimici e bassa efficienza, limitare l’applicazione clinica e lo sviluppo di questi trattamenti “, spiegano gli autori.
La lucidatura laser può risolvere alcuni di questi problemi, lavorando con parti più piccole e complesse che richiedono precisione e offre la possibilità di lucidare ad alta velocità a costi inferiori. La lucidatura laser affina anche le proprietà meccaniche, offrendo un miglioramento che è di interesse costante per gli utenti di tutto il mondo sia nella sperimentazione di compositi , colori , materiali 4D o altro.
“Un’analisi completa della rugosità, porosità, comportamento a fatica e biocompatibilità, insieme alle relazioni tra loro, dei componenti dopo LP dovrebbe essere condotta prima di applicare la tecnologia LP a dispositivi medici impiantabili”, hanno spiegato i ricercatori in merito alla motivazione del loro studio , poiché hanno lavorato per migliorare la rugosità superficiale e la finitura risultante.
“I risultati di questo studio possono svolgere un ruolo guida in altri processi che coinvolgono materiali biomedici”, hanno detto i ricercatori.
Tutti i campioni, creati con lega Ti6Al4V, sono stati lucidati in una cavità rettangolare con argon, utilizzati per ridurre la possibilità di ossidazione sulle parti.
a) provini; (b) una vista schematica della lucidatura laser (LP).
Durante l’analisi, i campioni hanno mostrato “globuli” metallici, che i ricercatori hanno notato che erano “solo vagamente legati durante i processi di produzione additiva. Piccole particelle e microcricche persistevano, tuttavia, visualizzate sul campione LP-1, mentre il campione LP-2 veniva lucidato senza difetti. Per il campione LP-3 c’era preoccupazione per le isole ricostruite e le crepe.
Mentre i trattamenti laser hanno causato cambiamenti che hanno influenzato la bagnabilità, gli autori notano che alcune ricerche precedenti hanno mostrato una connessione positiva correlata alla topografia superficiale. Nel valutare la distribuzione dei pori, i campioni sono stati analizzati mentre i ricercatori tagliavano poi da una varietà di lunghezze dalla superficie. Tutti i campioni presentavano proprietà meccaniche simili, in termini di resistenza alla trazione, allo snervamento e all’allungamento. Ad eccezione del test di fatica ad alto ciclo, il comportamento a fatica era quasi lo stesso in tutti i campioni.
“L’esperimento cellulare ha dimostrato che i parametri LP-2 hanno migliorato l’adesione cellulare e hanno mostrato proliferazione cellulare. I risultati indicano che LP ha migliorato la biocompatibilità cellulare, mentre l’idrofilia ha influenzato positivamente l’adesione cellulare precoce “, hanno concluso i ricercatori.
Ade
sione e proliferazione di cellule MC3T3-E1 coltivate su diverse superfici di campionamento. (a) Il campione ricevuto, (b) il campione LP-1, (c) il campione LP-2 e il (d) campione LP-3. Nelle immagini a – d: citoscheletro F-actina di osteoblasti (rosso) e nuclei cellulari (blu) dopo 1 giorno di semina. 
Proprietà meccaniche: (a) distribuzioni di microdurezza nello strato lucidato a laser, (b) proprietà di trazione, (c) comportamento a fatica sotto sforzo per tutte le geometrie che mostrano punti dati combinati e (d) curve di fatica a vita sotto sforzo. 
La distribuzione dei pori del campione come ricevuto a diverse distanze: (a) 0–10 μm; (b) 30–40 μm; (c) 60–70 μm e (d) 70–100 μm. La distribuzione dei pori del campione LP-2 a diverse distanze: (e) 0–10 μm; (f) 30–40 μm; (g) 60–70 μm; e (h) 70–100 μm. (La parte viola dell’immagine, dopo la segmentazione della soglia, è il poro.) 
Immagini al microscopio confocale a scansione laser (LSCM) del (a) campione ricevuto, del campione (b) LP-1, del campione (c) LP-2 e (d) del campione LP-3. Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) del (a) campione ricevuto, del campione (b) LP-1, del campione (c) LP-2 e del campione (d) LP-3. 