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聚醚醚酮仿生人工骨 3D 打印

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发表于 2015-10-14 18:27:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
     近年来,随着全世界范围内日益增多的骨骼创伤和修复,人工骨的需求逐年增加。特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)具有优异的耐磨性、生物相容性、化学稳定性以及杨氏模量最接近人骨等优点,是理想的人工骨替换材料,适合长期植入人体。在制造人工骨的诸多方法中,上世纪 80 年代发展起来的 3D 打印技术以快速、高精度、高强度、个性化的优势在医学领域,尤其是人工骨制造领域获得相当程度的重视和应用。基于熔融沉积成型(FDM)原理的 3D 打印技术安全方便、无需使用激光器、后处理简单,与PEEK 材料结合制造人工骨必将成为该领域的一项极具潜力的方法。
国内外对于 PEEK 人工骨制造研究已有大量报道,但是利用基于 FDM 原理的 3D打印这种更加便捷、绿色的技术进行个性化人工骨重建研究未见报道。本文在对 PEEK 3D 打印样件进行热力学仿真研究的基础之上,开发 PEEK 仿生人工骨 3D 打印装置,进行打印实验研究,测量 PEEK 3D 打印样件的变形量并进行对比分析,得到使样件翘曲变形最小的打印条件,提出改善变形的有效方法,成功打印出 PEEK 仿生人工骨植入体,为进一步研究具有仿生结构的个性化人工骨制造提供指导。本论文主要研究内容为: 1. PEEK 3D 打印样件温度场仿真。结合 3D 打印和 PEEK 材料特性,在推导温度场有限元仿真理论的基础上建立 PEEK 3D 打印样件的有限元模型,分析传热和散热边界条件,利用 ANSYS 参数化编程语言(APDL)建立模型、划分网格并加载计算。利用
“单元生死”技术模拟喷头移动过程,按照实际扫描路径完成各个单元的生长过程。研究不同打印条件对样件温度场、节点温度变化、温度梯度变化以及冷却时间和速率的影响规律,寻找最优粘结条件,分析不同温度场对样件结晶程度和热应力影响趋势。


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