激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛,但是由于材料的限制,大部分SLS打印的產(chǎn)品都是合成塑料、陶瓷、合金等剛性零件,研究能用于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的柔性材料成為當(dāng)前的迫切需求。本工作采用聚氨酯（TPU）粉末為主料,研究并制備了一種可用于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的復(fù)合材料,其燒結(jié)制件具有較高的強(qiáng)度及成形精度,可用于制作仿血管等柔性醫(yī)療模型。首先通過正交試驗(yàn)法對(duì)TPU/PS復(fù)合粉末進(jìn)行激光選區(qū)燒結(jié)實(shí)驗(yàn),并對(duì)制件進(jìn)行測(cè)試,獲得加工工藝參數(shù)對(duì)制件強(qiáng)度、成形精度及燒結(jié)密度的影響規(guī)律。其次對(duì)不同配比的TPU/PS復(fù)合粉末進(jìn)行激光選區(qū)燒結(jié)實(shí)驗(yàn),得到拉伸試件和彎曲試件,通過對(duì)制件的尺寸測(cè)量、力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試及通過掃描電鏡對(duì)復(fù)合粉末和拉伸試樣斷口進(jìn)行顯微組織觀察,得到了不同組分配比對(duì)燒結(jié)制件顯微組織及拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的影響,確定了仿血管柔性材料的理想配比。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(10)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

粉末顆粒的微觀形貌

從圖2中TPU的DSC曲線可以看出,TPU的熔融溫度在52 ℃左右。從PS的DSC曲線可知,TPU/PS的熔融溫度在110 ℃左右。隨著PS含量的增加,TPU/PS的熔融點(diǎn)相對(duì)于純TPU略有升高,但差別不大,對(duì)其加工溫度影響較小。通過燒結(jié)實(shí)驗(yàn)可以觀察到TPU在50 ℃完全結(jié)塊不能流動(dòng),故其預(yù)熱溫度設(shè)為48 ℃,由于TPU的熔融溫度低,燒結(jié)時(shí)TPU熔化更加充分,而PS部分熔化。2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)分析

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)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拉伸強(qiáng)度分析結(jié)果如圖3c所示。對(duì)于拉伸強(qiáng)度而言,各因素極差排序?yàn)? SC>SA>SB>SD。對(duì)于本研究所使用的TPU/PS復(fù)合粉末而言,各因素的重要次序?yàn)?掃描間距、單層厚度、激光功率、掃描速度。在同種水平下,通過極差分析可知,A1、B1、C1、D1情況時(shí)拉伸強(qiáng)度最大。用同樣的方法可以對(duì)試件的彎曲強(qiáng)度及X、Y、Z三個(gè)方向的尺寸偏差結(jié)果進(jìn)行極差分析。通過分析得到了一組具有較高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及較高尺寸精度的工藝參數(shù),以及加工工藝參數(shù)對(duì)強(qiáng)度和精度的影響規(guī)律。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最終選定了一組最優(yōu)工藝參數(shù):單層厚度0.10 mm,激光功率8 W,掃描速度2 000 mm/s,掃描間距0.10 mm。


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