Modificação de superfície de suportes de regeneração óssea da liga de Ti-6Al-4V empregando oxidação anódica

Abstract

A Manufatura Aditiva (MA) permite a fabricação de estruturas altamente complexas - a partir de modelos computacionais em 3D - o que é particularmente útil na Medicina 4.0 e principalmente na aplicação na área de biomateriais. Estruturas celulares são suportes que podem auxiliar a regeneração óssea - e são difíceis ou impossíveis de se produzir usando técnicas tradicionais de fabricação. Atualmente, existem diversas técnicas de MA para materiais metálicos que são viáveis para a fabricação de estruturas celulares. A liga Ti-6Al- 4V é uma das principais ligas de titânio utilizadas e estudadas na área de biomateriais. Apenas a geometria da estrutura celular e a composição do material não são o suficiente para a indução da regeneração óssea. Técnicas de modificação de superfície vem sendo estudadas há anos para melhorar a resposta celular e auxiliar a regeneração óssea. A proposta dessa pesquisa é avaliar a influência do tratamento de superfície de oxidação anódica em estruturas celulares da liga Ti-6Al-4V produzidas por fusão de feixe de elétrons (EBM). Foram realizados estudos a fim de encontrar os parâmetros ideais para a aplicação do tratamento de superfície. Variou- se a composição do eletrólito, tempo, tensão e agitação. As amostras foram analisadas por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliação da superfície. Foi possível observar a formação de nanotubos TiO2 utilizando a condição PQAN3. Os parâmetros e soluções para a anodização utilizados para o TiCP, validaram-se para amostras na liga Ti-6Al-4V fabricadas por manufatura aditiva independentemente do processo de fabricação ou da geometria da estrutura celular.

Additive Manufacturing (AM) allows the fabrication of highly complex structures from 3D computational models, which is particularly useful in Medicine 4.0 and especially in the application in the area of biomaterials. Lattice Structures are supports that can aid bone regeneration, and are difficult or impossible to produce using traditional fabrication techniques. Currently, there are several AM techniques for metallic materials that are viable for the fabrication of these cell structures. The Ti-6Al-4V alloy is one of the main titanium alloys used and studied in the area of biomaterials. The geometry of the cell structure and the composition of the material alone are not enough to induce bone regeneration. Surface modification techniques have been studied for years to improve cellular response and aid bone regeneration. The purpose of this research is to evaluate the influence of anodic oxidation surface treatment on cellular structures of Ti-6Al-4V alloy produced by electron beam melting (EBM). Preliminary studies were carried out in order to find the ideal parameters for the application of the surface treatment. The composition of the electrolyte, time, voltage and agitation were varied. The samples were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) for surface evaluation. It was possible to observe the formation of TiO2 nanotubes using the PQAN3 condition. The parameters and solutions for anodizing used for TiCP were validated for samples in Ti-6Al-4V alloy manufactured by additive manufacturing regardless of the manufacturing process or the geometry of the cell structure.