【摘要】：聚醚醚酮是一種高性能半結(jié)晶聚合物,因其優(yōu)異的綜合性能受到了廣泛的關(guān)注。然而隨著科技的發(fā)展,以聚醚醚酮為代表的特種工程塑料受傳統(tǒng)加工工藝的限制,已無法滿足在機(jī)械制造、生物醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用需求�；诓牧现饘永鄯e成形的增材制造技術(shù)因其可成形任意復(fù)雜形狀、一體化加工多尺度結(jié)構(gòu)、整體成形免裝配等優(yōu)點(diǎn),成為了加快實(shí)現(xiàn)智能制造的重要手段,是突破聚醚醚酮等特種工程塑料的加工困難和應(yīng)用受限的有效途徑。本文以實(shí)現(xiàn)高成形精度、可控力學(xué)強(qiáng)度、高生物活性的聚醚醚酮材料增材制造為主線逐級深入,通過在聚醚醚酮增材制造設(shè)備搭建、聚醚醚酮及其復(fù)合材料制備、聚醚醚酮增材制造成形工藝研究和聚醚醚酮人工骨支架成形及表面改性等方面的研究,實(shí)現(xiàn)了聚醚醚酮及其復(fù)合材料制造的控形、控性。研究針對聚醚醚酮及其復(fù)合材料增材制造裝備與關(guān)鍵成形技術(shù),對于推廣聚醚醚酮在各領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。本論文主要研究內(nèi)容如下:1.研發(fā)并搭建了聚醚醚酮增材制造系統(tǒng),聚醚醚酮增材制造系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)模塊、溫度控制模塊、擠出模塊三部分構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)擠出噴頭在三維空間內(nèi)任意位置的運(yùn)動(dòng);溫度控制模塊主要是控制系統(tǒng)中噴頭、成形基板等部件的溫度,維持成形過程中溫度場的穩(wěn)定,降低成形過程中的熱應(yīng)力;擠出模塊是實(shí)現(xiàn)打印耗材供給、熔融擠出等功能。在LabVIEW軟件平臺(tái)上所開發(fā)的聚醚醚酮增材制造系統(tǒng)上位機(jī)軟件的協(xié)調(diào)下,實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)間的協(xié)同工作,完成任意形狀聚醚醚酮及其復(fù)合材料的增材制造。2.研究了熔融沉積成形高粘度、高熔點(diǎn)聚醚醚酮增材制造過程中,熔融擠出參數(shù)與熔融擠出絲束精度和強(qiáng)度的關(guān)系。分析了熔融擠出過程中最大擠出力、最小擠出力和熔腔壓力對擠出聚醚醚酮絲束表面形貌和尺寸的影響。通過對聚醚醚酮熔融擠出過程的分析,建立了擠出速度與擠出絲束直徑的關(guān)系。調(diào)控打印速度、擠出倍率實(shí)現(xiàn)了對聚醚醚酮打印單絲尺寸和樣件內(nèi)絲束排布的控制。確定了最優(yōu)聚醚醚酮打印參數(shù),提升了聚醚醚酮熔融沉積打印精度。3.熔融沉積聚醚醚酮樣件的力學(xué)性能受到熔融擠出量和絲束排布軌跡的影響,分析了熔融擠出參數(shù)和絲束排布軌跡在不同打印方向下對熔融沉積聚醚醚酮樣件的拉伸性能、沖擊性能和斷裂韌性的影響。結(jié)合對熔融沉積聚醚醚酮樣件的斷裂形貌的分析,探尋不同打印參數(shù)對熔融沉積聚醚醚酮樣件力學(xué)性能影響的機(jī)理。通過對具有交互作用的熔融沉積聚醚醚酮打印參數(shù)的調(diào)控,可實(shí)現(xiàn)具有可控力學(xué)性能的聚醚醚酮零件的增材制造。4.通過對羥基磷灰石表面修飾的方法,提升羥基磷灰石的分散性,并制備出可用于增材制造的10 wt.%-40 wt.%羥基磷灰石/聚醚醚酮復(fù)合材料。分析了不同HA含量、填充密度、填充圖案和應(yīng)變速率對羥基磷灰石/聚醚醚酮人工骨支架對支架循環(huán)壓縮過程能量損失、最大壓縮強(qiáng)度的影響。通過對HA/PEEK表面磺化處理和HA表面修飾的方法,提升了HA/PEEK支架的表面活性。本文開展了聚醚醚酮及其復(fù)合材料增材制造裝置、材料、成形工藝和表面處理等方面的研究,實(shí)現(xiàn)了高成形精度、可控力學(xué)強(qiáng)度、高生物活性聚醚醚酮及其復(fù)合材料增材制造,展示了增材制造聚醚醚酮及其復(fù)合材料在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的巨大潛力,為擴(kuò)展增材制造聚醚醚酮的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;TB33
【圖文】：

（a）CLIP 打印原理圖 （b）CLIP 打印的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件[4圖 1.1 CLIP 打印技術(shù)利用 SLA 等光刻打印技術(shù)也可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的增材制造。Minhong將熱電材料與光敏樹脂混合，并利用 SLA 技術(shù)成功的打印出具有熱是一種有別于傳統(tǒng)熱壓加工熱電材料的新型加工模式。擇性激光燒結(jié)技術(shù)性激光燒結(jié)技術(shù)（SelectiveLaserSintering,SLS），是通過計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)下，分層有選擇性的在金屬、高分子聚合物或陶瓷粉末表面燒實(shí)現(xiàn)三維模型的制造[45-47]。SLS 因其能量密度高的優(yōu)勢，被廣泛的增材制造。自 1989 年該技術(shù)問世以來，衍生出多種金屬材料增材激光熔覆技術(shù)（SelectiveLaserMelting,SLM）、電子束熔覆技術(shù)（EleBM）等。通過上述方法可實(shí)現(xiàn)不銹鋼、鈦合金、鈷合金等金屬材料術(shù)有著成形樣件精度高、強(qiáng)度大、能量密度高、廢料可回收等優(yōu)勢，

射成形技術(shù)成形技術(shù)（Binder Jetting, BJ）是通過粘結(jié)劑將以陶型數(shù)據(jù)，粘接成三維實(shí)體的增材制造技術(shù)。該技術(shù)、燒結(jié)等的后處理工藝提升顆粒間的粘接強(qiáng)度。斯大學(xué) J.A. Gonzalez 等人[62]通過粘結(jié)劑噴射成形技參數(shù)，制備出具有良好孔隙連通性的人工骨植入物噴射成形技術(shù)制備了鈦酸鋇樣件，通過優(yōu)化成形參結(jié)構(gòu)。M. Paranthaman 等人[64]采用粘結(jié)劑噴射成形磁體。在完成對粉末的粘接后，經(jīng)低溫干燥、固化，和磁性的樣件制備。對于粘結(jié)劑噴射成形技術(shù)，燒燒結(jié)工藝是賦予樣件最終物理、機(jī)械性能的關(guān)鍵。

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本文編號(hào)：2727612