本文關(guān)鍵詞：仿生人工骨3D打印流場仿真分析及試件力學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物制造是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前沿，隨著骨骼損傷的不斷涌現(xiàn)以及人口老齡化日益嚴(yán)重的趨勢，研制具有良好結(jié)構(gòu)性、生物相容性的仿生人工骨修復(fù)材料顯得尤為重要。特種塑料聚醚醚酮（PEEK）具有優(yōu)異的的機(jī)械性能、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性，是理想的人工骨替代材料。在制備人工骨的諸多方法中，3D打印技術(shù)以其高精度、加工時間短、個性化的特點(diǎn)展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。熔融沉積造型技術(shù)為3D打印技術(shù)中較為成熟的一種，該工藝方法設(shè)備維護(hù)簡單、運(yùn)行成本低、后處理簡單，適合于個體化人工骨的加工。本文作者在對PEEK3D打印過程進(jìn)行流體力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研發(fā)出適合PEEK3D打印的實(shí)驗(yàn)裝置，并對所打印零件進(jìn)行了力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了較好的打印質(zhì)量，，突破了3D打印技術(shù)的材料限制，同時豐富了人工骨的制備方法，具有很大的實(shí)用價值。 本研究采用Euler法給出了流體運(yùn)動的基本方程。針對加工過程中聚合物自身的特點(diǎn)，對流體實(shí)際流動過程進(jìn)行合理的假設(shè)簡化，給出了聚醚醚酮（PEEK）的連續(xù)性方程、運(yùn)動方程和能量方程。針對高分子聚合物聚醚醚酮（PEEK）的特點(diǎn)，建立Power-Law型的本構(gòu)方程。同時采用伽遼金加權(quán)剩余法，對聚醚醚酮（PEEK）熔體的連續(xù)性方程、運(yùn)動方程和能量方程進(jìn)行離散化，并代入邊界條件進(jìn)行數(shù)值求解。采用有限元方法，在考慮實(shí)際流動過程的基礎(chǔ)上，通過CATIA對流道中的熔體進(jìn)行建模并通過FLUENT對模型進(jìn)行流體力學(xué)仿真，得到熔體的速度、壓力、溫度分布。討論了噴嘴溫度T、打印速度V這兩個打印條件對分布情況的影響。仿真結(jié)果表明：熔體溫度、速度、壓力以熔體幾何中心為半徑呈帶狀擴(kuò)散�？拷鼑婎^出口處壓力、速度變化較大；噴嘴溫度的改變對流道內(nèi)的溫度和壓力的分布影響不大，但會影響速度峰值；在不同打印速度情況下，速度越快，出口處的壓力越高，同時隨著速度升高，出口附近的等壓線范圍逐步擴(kuò)大。速度的加快會減少熔體在流道中的加熱時間，使熔體內(nèi)部的溫度變低。 針對本文采用的材料聚醚醚酮（PEEK），自主開發(fā)了基于FDM原理的PEEK3D打印系統(tǒng)。選取分層厚度、打印角度，通過拉伸、彎曲實(shí)驗(yàn)，研究打印參數(shù)對PEEK打印樣件拉伸、彎曲力學(xué)性能的影響；同時將PEEK樣件與StratasysUprint SE所打印的ABS-P430樣件的力學(xué)性能進(jìn)行對比，并得到了相應(yīng)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線；對PEEK拉伸樣件與ABS-P430拉伸樣件的斷面進(jìn)行SEM實(shí)驗(yàn)分析，觀察其拉伸破壞后的微觀形態(tài)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分層厚度和打印角度是PEEK3D打印過程中重要的參數(shù)，且對樣件的拉伸及彎曲性能有很大影響；PEEK樣件在打印角度為0°，分層厚度為300μm時三種力學(xué)性能最佳；無論是PEEK還是ABS，經(jīng)過3D打印后的樣件力學(xué)性能較原材料均有所下降�，F(xiàn)有3D打印PEEK樣件的力學(xué)性能（拉伸、壓縮和彎曲性能）已高于商業(yè)化的3D打印機(jī)所打印的ABS樣件。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 聚醚醚酮 仿生人工骨 流體力學(xué) 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318.17;TP391.73
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 人工骨的材料、結(jié)構(gòu)及制備方法11-12
• 1.3 聚醚醚酮的應(yīng)用12-13
• 1.4 3D 打印技術(shù)在人工骨制造領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀13-22
• 1.4.1 熔融沉積造型技術(shù)簡介13-14
• 1.4.2 國內(nèi)外人工骨成型情況進(jìn)展14-22
• 1.5 課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)22-25
• 1.5.1 課題來源22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.5.3 研究創(chuàng)新點(diǎn)23-25
• 第2章 PEEK 打印人工骨成型流場理論分析25-37
• 2.1 流場的控制方程建立25-29
• 2.1.1 連續(xù)性方程26
• 2.1.2 運(yùn)動方程26-28
• 2.1.3 能量方程28-29
• 2.2 流場本構(gòu)方程29-31
• 2.3 流體力學(xué)分析的有限元法31-33
• 2.4 控制方程的離散化33-36
• 2.4.1 連續(xù)方程和運(yùn)動方程的離散33-35
• 2.4.2 能量方程的離散35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 PEEK 打印人工骨成型流場模擬仿真37-51
• 3.1 模擬用軟件介紹37-38
• 3.2 3D 打印流場模型建立及有限元分析38-42
• 3.2.1 模型建立38-39
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分39
• 3.2.3 邊界條件的設(shè)置39-40
• 3.2.4 材料屬性設(shè)定及本構(gòu)方程的選擇40-41
• 3.2.5 求解計算及收斂性驗(yàn)證41-42
• 3.3 3D 打印流場仿真結(jié)果及分析42-49
• 3.3.1 打印過程溫度場分布42-44
• 3.3.2 打印過程速度場分布44-46
• 3.3.3 打印過程壓力場分布46-47
• 3.3.4 打印條件改變對打印過程的影響47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 PEEK 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)分析51-69
• 4.1 實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)51-55
• 4.1.1 硬件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)52-53
• 4.1.2 溫控系統(tǒng)的改進(jìn)53-54
• 4.1.3 打印系統(tǒng)控制軟件及打印流程介紹54-55
• 4.2 打印參數(shù)對 PEEK 力學(xué)性能的影響55-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計55-56
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)56-58
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析58-61
• 4.3 ABS 與 PEEK 的力學(xué)性能對比61-66
• 4.3.1 ABS 與 PEEK 的拉伸性能對比61-63
• 4.3.2 ABS 與 PEEK 的壓縮性能對比63-64
• 4.3.3 ABS 與 PEEK 的彎曲性能對比64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-69
• 第5章 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 顏永年 　 ,熊卓 ,張人佶 ,王小紅 ,楊洪義 ,陳立峰;生物制造工程的原理與方法[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年02期

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3 覃丹丹;黨驚知;白培康;劉斌;;快速成型技術(shù)在人工骨制造過程中的應(yīng)用研究[J];生物骨科材料與臨床研究;2006年01期

  本文關(guān)鍵詞：仿生人工骨3D打印流場仿真分析及試件力學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：264229