以生物可降解材料聚乳酸（PLA）和生物骨基質(zhì)的主要無機(jī)成分羥基磷灰石（HA）為研究對(duì)象。為獲得復(fù)合材料激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）制件的最佳成形參數(shù),首先對(duì)純PLA的SLS工藝進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的激光能量密度范圍為0.040～0.075 J/mm²,且制得的純PLA試樣的拉伸強(qiáng)度均超過23 MPa,最高可達(dá)27.28 MPa。為研究HA含量對(duì)PLA/HA復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響,以激光能量密度為0.040 J/mm²（激光功率12 W,掃描速度1 500 mm/s）對(duì)不同HA含量的PLA/HA復(fù)合材料進(jìn)行了成形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),PLA/HA復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀形貌最優(yōu)。水接觸角測(cè)試顯示材料的接觸角從69.52°降至57.96°,表明材料的親水性能得到了改善。 

【文章來源】：中國(guó)機(jī)械工程. 2020,31(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

聚乳酸的DSC曲線

另外,SLS過程中PLA粉末受到預(yù)熱和激光的能量輸入,在燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生老化和熱降解等問題,會(huì)影響其后續(xù)的燒結(jié)性能和熱性能等,所以PLA粉末在加工過程中的熱穩(wěn)定性非常重要。如圖4所示,PLA的5%失重率溫度td 5%=316.76 ℃,最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度tp=409.77 ℃。這兩個(gè)溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其預(yù)熱溫度,說明PLA粉末在SLS實(shí)驗(yàn)過程中具有良好的熱穩(wěn)定性。2.2 不同SLS激光能量密度的影響

拉伸測(cè)試采用外形尺寸為75 mm×5 mm×2 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣(圖5)。在SLS過程中,激光能量密度與激光功率、掃描速度、掃描間距有關(guān),是影響SLS成形效果的最重要參數(shù)[15],因此,按照激光能量密度由小到大的順序,繪制出圖5所示的曲線,可以觀察到隨著激光能量密度的增大,純PLA的拉伸強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)激光能量密度為0.075 J/mm2(即激光功率為15 W,掃描速度為1 000 mm/s)時(shí),其拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值(27.28 MPa),然后隨著激光能量密度的進(jìn)一步增大而降至19.34 MPa。其原因是激光能量密度過大,純PLA獲得的能量就較大,產(chǎn)生過燒分解現(xiàn)象,且因純PLA內(nèi)部產(chǎn)生較多氣孔等缺陷會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度大幅降低。因此,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以獲得純PLA加工的最佳激光能量密度范圍是0.040～0.075 J/mm2。在該激光能量密度范圍內(nèi),純PLA的拉伸強(qiáng)度均超過23 MPa。為了研究激光能量密度對(duì)成形件的具體影響,選取(18 W,1 000 mm/s)、(15 W,1 000 mm/s)、(12 W,1 500 mm/s)、(9 W,2 000 mm/s)4組參數(shù),即激光能量密度分別為0.090 J/mm2、0.075 J/mm2、0.040 J/mm2、0.022 5 J/mm2的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行對(duì)比分析。如圖6所示,選用不同的激光能量密度后,純PLA的ATR-FTIR光譜圖并未出現(xiàn)新的峰。但是,隨著激光能量密度的不斷增大,其峰的強(qiáng)度逐漸降低,例如1 714 cm-1的C=O峰和1 153 cm-1的C—O峰的相對(duì)強(qiáng)度發(fā)生了變化,表明加工過程中有雙鍵斷裂。隨著能量密度愈來愈高,甚至可以看到成形過程中出現(xiàn)白煙。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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