仿血管聚氨酯基复合材料的激光烧结工艺研究
发布时间：2021-04-02 01:16
激光选区烧结（SLS）技术在生物医学领域的应用日渐广泛,但是由于材料的限制,大部分SLS打印的产品都是合成塑料、陶瓷、合金等刚性零件,研究能用于激光选区烧结技术的柔性材料成为当前的迫切需求。本工作采用聚氨酯（TPU）粉末为主料,研究并制备了一种可用于激光选区烧结技术的复合材料,其烧结制件具有较高的强度及成形精度,可用于制作仿血管等柔性医疗模型。首先通过正交试验法对TPU/PS复合粉末进行激光选区烧结实验,并对制件进行测试,获得加工工艺参数对制件强度、成形精度及烧结密度的影响规律。其次对不同配比的TPU/PS复合粉末进行激光选区烧结实验,得到拉伸试件和弯曲试件,通过对制件的尺寸测量、力学强度测试及通过扫描电镜对复合粉末和拉伸试样断口进行显微组织观察,得到了不同组分配比对烧结制件显微组织及拉伸强度、弯曲强度的影响,确定了仿血管柔性材料的理想配比。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
粉末颗粒的微观形貌
从图2中TPU的DSC曲线可以看出,TPU的熔融温度在52 ℃左右。从PS的DSC曲线可知,TPU/PS的熔融温度在110 ℃左右。随着PS含量的增加,TPU/PS的熔融点相对于纯TPU略有升高,但差别不大,对其加工温度影响较小。通过烧结实验可以观察到TPU在50 ℃完全结块不能流动,故其预热温度设为48 ℃,由于TPU的熔融温度低,烧结时TPU熔化更加充分,而PS部分熔化。2.2.2 正交实验分析
表3 正交实验结果Table 3 Orthogonal experimental results Series Bending strength/MPa Tensile strength/MPa Dimensional deviation/% X Y Z 1 9 4.02 0.31 0.9 8.75 2 5.4 2.34 0.1 -0.77 6.25 3 2.9 1.32 -0.2 -1.9 3 4 2.8 1.23 -0.15 -0.05 -0.75 5 5.6 2.61 0.18 -0.38 3.75 6 2.6 1.08 -0.1 -2.3 0.5 7 3.3 1.50 -0.1 -2.3 3.75 8 0.9 0.53 -0.31 -1.5 3.75 9 2.9 1.25 0.02 -1.1 5.5拉伸强度分析结果如图3c所示。对于拉伸强度而言,各因素极差排序为: SC>SA>SB>SD。对于本研究所使用的TPU/PS复合粉末而言,各因素的重要次序为:扫描间距、单层厚度、激光功率、扫描速度。在同种水平下,通过极差分析可知,A1、B1、C1、D1情况时拉伸强度最大。用同样的方法可以对试件的弯曲强度及X、Y、Z三个方向的尺寸偏差结果进行极差分析。通过分析得到了一组具有较高拉伸强度、弯曲强度及较高尺寸精度的工艺参数,以及加工工艺参数对强度和精度的影响规律。结合实验结果,最终选定了一组最优工艺参数:单层厚度0.10 mm,激光功率8 W,扫描速度2 000 mm/s,扫描间距0.10 mm。
本文编号：3114313
【文章来源】：材料导报. 2020,34(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
粉末颗粒的微观形貌
从图2中TPU的DSC曲线可以看出,TPU的熔融温度在52 ℃左右。从PS的DSC曲线可知,TPU/PS的熔融温度在110 ℃左右。随着PS含量的增加,TPU/PS的熔融点相对于纯TPU略有升高,但差别不大,对其加工温度影响较小。通过烧结实验可以观察到TPU在50 ℃完全结块不能流动,故其预热温度设为48 ℃,由于TPU的熔融温度低,烧结时TPU熔化更加充分,而PS部分熔化。2.2.2 正交实验分析
表3 正交实验结果Table 3 Orthogonal experimental results Series Bending strength/MPa Tensile strength/MPa Dimensional deviation/% X Y Z 1 9 4.02 0.31 0.9 8.75 2 5.4 2.34 0.1 -0.77 6.25 3 2.9 1.32 -0.2 -1.9 3 4 2.8 1.23 -0.15 -0.05 -0.75 5 5.6 2.61 0.18 -0.38 3.75 6 2.6 1.08 -0.1 -2.3 0.5 7 3.3 1.50 -0.1 -2.3 3.75 8 0.9 0.53 -0.31 -1.5 3.75 9 2.9 1.25 0.02 -1.1 5.5拉伸强度分析结果如图3c所示。对于拉伸强度而言,各因素极差排序为: SC>SA>SB>SD。对于本研究所使用的TPU/PS复合粉末而言,各因素的重要次序为:扫描间距、单层厚度、激光功率、扫描速度。在同种水平下,通过极差分析可知,A1、B1、C1、D1情况时拉伸强度最大。用同样的方法可以对试件的弯曲强度及X、Y、Z三个方向的尺寸偏差结果进行极差分析。通过分析得到了一组具有较高拉伸强度、弯曲强度及较高尺寸精度的工艺参数,以及加工工艺参数对强度和精度的影响规律。结合实验结果,最终选定了一组最优工艺参数:单层厚度0.10 mm,激光功率8 W,扫描速度2 000 mm/s,扫描间距0.10 mm。
本文编号：3114313
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