熔絲制造(FFF)3D打印PEEK工藝研究

魔猴君  行業資訊   2146天前

與現有技術相比，3D打印（AM）提供了一種更為經濟有效、自動化的制造過程，它可以實現數字化的庫存，同時為工程的設計提供了更大的靈活性。熔絲制造（FFF）也稱熔融沉積制造（FDM），是熱塑性聚合物最常用的3D打印技術之一。在FFF工藝中，將熱塑性長絲送入加熱的噴頭中，熔化或液化，然后擠出并沉積在構建模型的基板上。當熔融材料沉積時，臺架在水平x-y平面內移動噴頭。然后，在完成x-y平面中的沉積之后，加熱底板垂直移動（在z軸上）。沉積層固化并與相鄰層粘合/焊接，形成所需的3D幾何形狀。 據魔猴網了解，PEEK是一種高性能的熱塑性塑料，即使在高達240°C的溫度下也具有優異的機械和化學耐受性，PEEK還具有優異的耐水解性并提供防火，防煙和防毒性能。PEEK已用于汽車，航空航天，石油和天然氣等領域。本文研究的重點是PEEK的FFF用于制造生物植入物，以便有效地利用其性能，如生物相容性、疲勞性和耐磨性。本文首先討論FFF制備PEEK樣品的工藝參數，然后進行拉伸，彎曲和斷裂韌性的測試，包括與DIC的光學應變映射，為PEEK的FFF制造提供了指導，使其能夠實現在骨科植入物的應用。 研究方法 本文使用Indmatec HPP 155裝置（Apium Additive Technologies GmbH）制備FFF樣品，使用由Victrex?PEEK450G制成的直徑為1.75mm的長絲，經過壓力機構將長絲送入0.4mm直徑的噴頭，本研究中使用的FFF工藝參數如下： 噴頭移動速度：800mm/min；第一層：300mm/min 噴頭溫度：410℃；第一層390℃ 基板溫度：100℃ 層厚：0.1mm；第一層：0.18mm 擠壓寬度：0.48mm 填充圖案：直線 填充比重：100% 拉伸實驗在具有2.5kN測力傳感器的Zwick-Roell Z005萬能實驗機（UTM）上進行，在環境溫度（~20℃）下，根據ISO 527以1mm / min的恒定十字頭速度進行拉伸測試。FFF-PEEK拉伸樣件如圖2所示。 根據國際標準ISO 178，在環境溫度（~20℃）下在具有2.5kN測力傳感器的Zwick-Roell Z005萬能實驗機（UTM）上以2mm / min的恒定十字頭速度進行三點彎曲實驗。進行斷裂實驗以評估3D打印PEEK的模式I斷裂韌性。根據ASTM D5045-14標準測量FFF-PEEK試樣的拉伸斷裂性能，以測量聚合物的平面應變斷裂韌性。 結論 根據ISO 527-1：2012，拉伸強度是在拉伸實驗期間觀察到第一局部最大值的應力。因此，在屈服點評估H-0°樣品的拉伸強度，而在失效點評估H-90°和V-90°樣品的拉伸強度，H-0 °試樣表現出最高的楊氏模量和拉伸強度，其次是H-90°和V-90°（圖4和表1）。在H-0°試樣中，拉伸加載力方向平行于絲材走線方向，因此該樣品顯示出更高的楊氏模量和拉伸強度。 H-90°的楊氏模量和拉伸強度值分別比H-0°低7％和12％。由于熔融的絲材之間優異的界面結合，H-90°試樣表現出接近H-0°試樣的性能。 H-0°樣件在110％應變下評估失效，因此橫截面積較小，宏觀空隙較大。 紅色，黃色和白色（箭頭和圓圈）分別表示z制造方向，走線方向和負載方向。 圓圈表示垂直于表面的方向。 斷裂實驗結果顯示了FFF工藝參數對斷裂韌性的影響。 H-0°樣件表現出最好性能，其次是H-90°和V-90°，如載荷-位移曲線（圖9）和KIC（表3）所示。 討論 本文給出了FFF制備PEEK樣品的拉伸、彎曲、斷裂韌性，實驗邏輯緊密，實驗充分，系統的研究了FFF工藝參數對PEEK樣件力學性能的研究，為PEEK在醫學中的使用提供了較為充分的工程理論。文中大量地方值得我們學習，例如圖表的制備，圖表清晰易懂，邏輯性性強，為我們今后做類似的力學實驗提供借鑒。

來源：中國3D打印網