Up-scaling plan for TiO2 coating process

Abstract

This thesis concerns using the dip coating method for coating implants with a thin TiO2 layer to improve attachment to soft tissue. The goal of this thesis was to study how to make the sol-gel dip coating process more efficient and to scale up the production volume by optimizing the dip coating process with the current equipment and to determine how various device configurations and process parameters affect the production. A second goal was to increase the production volume by designing a new stand for the current dipping equipment with specific model substrates. The aging of the sol and the xerogel (film) formation in different air flows were studied. The purpose was to determine how long a TiO2 sol can be used for dip coating and how the air flows affect the coating structure.

The optimization was performed by making calculations on different options in the unit processes and device configurations. The new dipping stand was designed by using the Solidworks software and tested in production conditions. The aging of sol and the effects of air flow were tested in production conditions.

It is possible with the current equipment to work in 3 shifts, which triples the production volume. The significant bottlenecks of the unit processes were the dipping and heat treatment. It was shown that the new stand increases the production volume remarkably. The aging of sol gave acceptable results. All the possible air flows with the current equipment can be used to obtain acceptable results.

Työ liittyy kastopinnoitusprosessin käyttöön implanttien pinnoittamisessa ohuella TiO2-kerroksella, joka parantaa implanttien tarttumista elävään pehmytkudokseen.

Työn tarkoituksena oli selvittää, miten kastopinnoitusprosessi saadaan tehokkaammaksi nykyisellä laitteistolla ja minkälaisia laitemuutoksia tarvitaan ja miten ne vaikuttavat, kun halutaan kasvattaa tuotantokapasiteettia asteittain. Toisena näkökulmana selvitettiin tuotannon noston mahdollisuutta suunnittelemalla uusi näyteteline pinnoituslaitteistoon. Lisäksi selvitettiin prosessissa käytettävän TiO2-soolin ikääntymisen ja ilmavirran vaikutuksia pinnoitukseen ja pinnan muodostukseen.

Kastopinnoitusprosessin tehostamissuunnitelma perustui laskuihin yksikköprosesseista ja eri laitevaihtoehdoista. Uusi näyteteline suunniteltiin tietokoneella Solidworks-ohjelmaa käyttäen. Näyteteline testattiin tuotanto-olosuhteissa. Soolin ikääntyminen ja ilmavirran vaikutukset pinnoitukseen ja pinnan muodostukseen testattiin tuotanto-olosuhteissa.

Nykyinen laitteisto mahdollistaa työskentelyn kolmessa vuorossa. Merkittävimmät pullonkaulat tuotannossa ovat kastovaihe ja lämpökäsittely. Uusi näyteteline kasvattaa tuotantomäärää merkittävästi. Soolin ikääntyminen ja ilmavirran vaikutukset kaikilla mahdollisilla vaihtoehdoilla antoivat hyväksyttävät tulokset.