使用PEEK進行FDM 3D打印可用于小型醫療植入物
時間：2020-02-22 16:40 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網2月22日訊，德國研究人員專注于醫療領域的3D打印材料，并在最近發表的“影響基于PEEK的微型醫療設備增材制造成果的參數”中概述了他們的發現。隨著熱塑性塑料在各種應用中的持續流行，PEEK在許多尋求高性能材料的用戶中名列前茅。作為聚芳醚酮（PAEK）的成員，PEEK還由耐高溫和耐化學性的分子組成。PEEK適用于整形外科，顱骨狀況，帶有抗菌劑的器械等醫療植入物，仍然可以通過傳統方式生產，例如注塑，機械加工等。然而，現在，增材制造工藝在生物醫學領域具有更大的潛力。
PEEK的增材制造工藝可制造出更復雜的幾何形狀，這意味著科學家們可以為生物印刷創造可行的支架，以及具有生物相容性的植入物。如今，由于可訪問性和價格合理，FDM 3D打印最常用于PEEK等材料。在這項研究中，作者專注于小型PEEK植入物的最佳參數，它們來自于他們自己的研究以及其他科學家的研究。
熔融沉積建模（FDM）3D聚醚醚酮（PEEK）打印機的示意圖。
十二篇文章對十二位不同研究科學家的工作進行了回顧。
對由FDM制成的小型PEEK零件有影響的參數示意圖[27]。
其他研究將影響PEEK力學性能的關鍵因素描述為：
.溫度
.光柵角
.層厚
.填充率
.打印速度
不可否認，3D打印成功的最大途徑之一就是了解參數和屬性。必須考慮粘度，作者檢查了以前的一些工作，即較高的溫度和“較慢的進給速度”有助于在PEEK 3D打印中獲得更好的結果。溫度也起著重要作用，對過程提供“明顯的影響”。“已經研究了噴嘴溫度在340°C至480°C的范圍內,在噴嘴溫度為350°C時發現，PEEK樣品的翹曲變形最小。確定噴嘴溫度在400-430°C為適用范圍。”研究人員說。“低于400°C的噴嘴溫度會導致最終產品的噴嘴堵塞或分層，而高于430°C則會導致細絲嚴重變形或材料降解。 他們設計了一個新的加熱器控制噴嘴模塊，以提高打印區域的溫度均勻性。”
DC4430 PEEK處理中的3D打印機快照。 （a）殘留材料粘附在噴嘴上。 （b）樣品的結構缺陷。
減小噴嘴直徑也可能會起到成功的作用，因為可以保持“精確控制”，從而實現更好的零件精度。打印速度始終是一個重要參數，并且必須與擠出速度相匹配，以避免噴嘴出現粘連或堵塞等問題：“研究人員研究了擠出和印刷速度對擠出的PEEK細絲的微觀結構和尺寸的影響。他們以0.4、0.5和0.6 mm的噴嘴直徑以及0.1至120 mm / min的打印速度進行了實驗。他們得出結論，在PEEK的FDM過程中，熔體壓力直接影響長絲的表面形態和擠出直徑，較高的熔體壓力有利于減少擠出長絲的表面缺陷。他們的實驗中，打印速度為50 mm / s。他們以40 mm / s的打印速度進行打印。當印刷速度為60 mm / s時，PEEK樣品獲得了最佳的拉伸性能。根據上面的結果，我們可以假設使用0.4毫米直徑噴嘴打印PEEK的合理速度值應在40-80毫米/秒的范圍內。”
用Apium HPP155生產的放大的牙科植入物的CT（（a）是印刷的植入物，（b–d）是樣品的微型CT）。
在他們自己的研究實驗中，研究小組使用PEEK制作了具有內部和外部結構的樣本牙科植入物。他們使用了Orion和Apium的3D打印機。在使用Apium HPP155打印機打印放大的牙科植入物（幾乎是實際模型的三倍）時，研究團隊依賴于自己的知識以及所審閱的其他文章中的知識。他們發現植入物由于內部和外部螺絲深度較差以及孔隙率水平而無法接受。為了獲得更好的成功，該團隊與Orion一起進行印刷。盡管最初的樣本有些歪曲，但他們在那里取得了更好的結果。向前邁進，他們在打印0.15毫米噴嘴并打印×1.2規模的植入物時確實取得了更大的成功。該樣品的可重復性和表面質量均“合格”。
PEEK的增材制造工藝可制造出更復雜的幾何形狀，這意味著科學家們可以為生物印刷創造可行的支架，以及具有生物相容性的植入物。如今，由于可訪問性和價格合理，FDM 3D打印最常用于PEEK等材料。在這項研究中，作者專注于小型PEEK植入物的最佳參數，它們來自于他們自己的研究以及其他科學家的研究。
熔融沉積建模（FDM）3D聚醚醚酮（PEEK）打印機的示意圖。
十二篇文章對十二位不同研究科學家的工作進行了回顧。
對由FDM制成的小型PEEK零件有影響的參數示意圖[27]。
其他研究將影響PEEK力學性能的關鍵因素描述為：
.溫度
.光柵角
.層厚
.填充率
.打印速度
不可否認，3D打印成功的最大途徑之一就是了解參數和屬性。必須考慮粘度，作者檢查了以前的一些工作，即較高的溫度和“較慢的進給速度”有助于在PEEK 3D打印中獲得更好的結果。溫度也起著重要作用，對過程提供“明顯的影響”。“已經研究了噴嘴溫度在340°C至480°C的范圍內,在噴嘴溫度為350°C時發現，PEEK樣品的翹曲變形最小。確定噴嘴溫度在400-430°C為適用范圍。”研究人員說。“低于400°C的噴嘴溫度會導致最終產品的噴嘴堵塞或分層，而高于430°C則會導致細絲嚴重變形或材料降解。 他們設計了一個新的加熱器控制噴嘴模塊，以提高打印區域的溫度均勻性。”
DC4430 PEEK處理中的3D打印機快照。 （a）殘留材料粘附在噴嘴上。 （b）樣品的結構缺陷。
減小噴嘴直徑也可能會起到成功的作用，因為可以保持“精確控制”，從而實現更好的零件精度。打印速度始終是一個重要參數，并且必須與擠出速度相匹配，以避免噴嘴出現粘連或堵塞等問題：“研究人員研究了擠出和印刷速度對擠出的PEEK細絲的微觀結構和尺寸的影響。他們以0.4、0.5和0.6 mm的噴嘴直徑以及0.1至120 mm / min的打印速度進行了實驗。他們得出結論，在PEEK的FDM過程中，熔體壓力直接影響長絲的表面形態和擠出直徑，較高的熔體壓力有利于減少擠出長絲的表面缺陷。他們的實驗中，打印速度為50 mm / s。他們以40 mm / s的打印速度進行打印。當印刷速度為60 mm / s時，PEEK樣品獲得了最佳的拉伸性能。根據上面的結果，我們可以假設使用0.4毫米直徑噴嘴打印PEEK的合理速度值應在40-80毫米/秒的范圍內。”
用Apium HPP155生產的放大的牙科植入物的CT（（a）是印刷的植入物，（b–d）是樣品的微型CT）。
在他們自己的研究實驗中，研究小組使用PEEK制作了具有內部和外部結構的樣本牙科植入物。他們使用了Orion和Apium的3D打印機。在使用Apium HPP155打印機打印放大的牙科植入物（幾乎是實際模型的三倍）時，研究團隊依賴于自己的知識以及所審閱的其他文章中的知識。他們發現植入物由于內部和外部螺絲深度較差以及孔隙率水平而無法接受。為了獲得更好的成功，該團隊與Orion一起進行印刷。盡管最初的樣本有些歪曲，但他們在那里取得了更好的結果。向前邁進，他們在打印0.15毫米噴嘴并打印×1.2規模的植入物時確實取得了更大的成功。該樣品的可重復性和表面質量均“合格”。
研究人員說：“在打印×1.2規模的植入物時，我們用0.15毫米噴嘴獲得了最好的樣品，這在再現性和表面質量上都是可以接受的。”
使用Apium HPP155打印機打印的牙科植入物使用的參數。
用Orion第2代（（b–d）印刷的牙科植入物分別為×1.2，×1.5和×2比例;（a，b）用0.15 mm噴嘴在405°C的溫度下印刷;（c ）在390°C的溫度下用0.2 mm的噴嘴打印;（d）在390°C的溫度下用0.4 mm的噴嘴打印，（e）以上樣品的集體照）。
中國3D打印網點評：以更高的機械強度進一步改進樣品可能要依靠3D打印機技術的更好解決方案和PEEK的更好操作。到目前為止，在我們的實驗中，已經證明可以以高精度打印可復制的小尺寸PEEK零件，這是通過優化FDM打印參數實現的。要完成從研究階段到3D打印PEEK制造的過渡，最終要實現將治療整合到診所的目標，還有很長的路要走。但是，該試驗可能為牙種植學領域中患者的特殊治療奠定基礎。考慮到咀嚼力的復雜性，需要進行系統的機械測試，并且基于有限元分析的仿真對于進一步的研究是必要的。
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