【摘 要】
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聚醚醚酮(Poly-Ether-Ether-Ketone,PEEK)材料因其具有力学性能优良及杨氏模量与人体皮质骨相近等优点,在临床医疗领域具有广泛的应用前景。熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技术在人体植入物的个性化定制方面有独特的优势。但由于PEEK材料的熔点较高而热导率偏低,因此合理地选择PEEK材料在熔融沉积成型过程中的加工参数对增材制造植入物的力学
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聚醚醚酮(Poly-Ether-Ether-Ketone,PEEK)材料因其具有力学性能优良及杨氏模量与人体皮质骨相近等优点,在临床医疗领域具有广泛的应用前景。熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技术在人体植入物的个性化定制方面有独特的优势。但由于PEEK材料的熔点较高而热导率偏低,因此合理地选择PEEK材料在熔融沉积成型过程中的加工参数对增材制造植入物的力学性能至关重要。本文系统研究了打印角度、喷嘴温度及环境温度对打印制件力学性能(拉伸与弯曲)的影响,获得了力学性能较优的PEEK增材制造工艺参数窗口,并结合断口微观形貌扫描和化学元素定量分析,揭示了不同工艺参数对制件力学性能的影响机理,并确定了杂质元素的含量与形貌。为了进一步改善增材制造制件的力学性能,本文针对PEEK制件开展了不同温度区间的热处理保温试验,对比分析了热处理温度对制件力学性能的影响规律,并结合扫描电镜观测,揭示了热处理温度对制件力学性能的影响机理。增材制造过程层间形成的微孔是FDM技术的主要缺陷之一,本文研究了喷嘴温度、环境温度对制件微孔分布及不同尺寸的微孔所占体积分数的影响规律,并分析了制件热处理后微孔缺陷的分布规律,确定了针对PEEK增材制造过程减少微孔缺陷的后制造方法。在以上研究结论的基础上,基于目前已有的增材制造设备与PEEK丝材,建立了人体颅骨植入物PEEK增材制造的最佳工艺参数组合:打印角度为0°,喷嘴温度为420℃,环境温度为80℃以及热处理温度为250℃。本文的研究成果为PEEK材料的熔融沉积成型技术在人体植入物领域的应用提供了实验依据和参考。
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