聚己内酯3D打印成型工艺研究及力学性能分析
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变形量需要测量翘曲变形量（δ）的值，δ测量方法如图４， 将打印的 ＰＣＬ制品两端与平直的钢尺贴齐，制品中间 与钢尺上表面的垂直距离即为δ；采用游标卡尺的内测 量爪分别测得各个温度下的δ；
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ＸＩＡＮＧＳｈｅｎｇｙｉ，ＪＩＡＯＺｈｉｗｅｉ ，ＭＩＡＯＪｉａｎｆｅｉ，ＬＩＵ Ｘｉａｏｊｕｎ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉｍｉｎ
（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）
檼殥
第３２卷 第４期 ２０１８年４月
檼檼檼檼檼殥 加工与应用
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．４ Ａｐｒ．，２０１８
檼檼檼檼檼殥
பைடு நூலகம்
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聚己内酯３犇 打印成型工艺研究及力学性能分析
向声邁，焦志伟 ，苗剑飞，刘晓军，杨卫民
（北京化工大学机电工程学院，北京 １０００２９）
摘 要：以聚己内酯（ＰＣＬ）为材料，采用实验方法，研究了成型温度和打印层高对 ＰＣＬ制品翘曲变形的影响。通过三 维（３Ｄ）打印制备 ＰＣＬ样条，表征了３Ｄ打印 ＰＣＬ的力学性能，并与注射成型进行对比。结果表明，随着成型温度的升 高和打印层高的增加，ＰＣＬ制品的翘曲变形量呈现出先增加后减小的趋势；ＰＣＬ 的３Ｄ打印制品的拉伸强度、弯曲强度 和断裂伸长率均高于传统注射成型工艺。 关 键 词：聚己内酯；三维打印；翘曲变形；力学性能 中图分类号：ＴＱ３２０．６６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１９２７８（２０１８）０４００７４０５ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１８．０４．０１３
收稿日期：２０１７１１２０ 国家自然科学基金青年基金资助项目（５１４０３０１４）、广东省 科技计划项目（２０１６Ｂ０Ｂ０９１５００１） 联系人，ｊｉａｏｚｗ＠ｍａｉｌ．ｂｕｃｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
且制备出的支架孔隙率、孔隙连通率、形状等不易于精 确控，无法满 足 个 性 化 需 求 等 缺 点。 随 着 制 造 业 的 发 展，出现基于计算机辅助下制作的快速成型技术，有效 解决了传统 支 架 制 作 方 法 上 的 缺 点［４］。聚 己 内 酯 的 ３Ｄ打印 方 式 有：三 维 打 印 （３ＤＰ）［５］，熔 融 沉 积 成 型 （ＦＤＭ）［６］，选择 性 激 光 烧 结 （ＳＬＳ）等 快 速 成 型 技 术。 本文通过采用自主研发的熔体微分３Ｄ 打印机［７］制备 ＰＣＬ制品，打印材料为 ＰＣＬ 颗粒。影响 ＰＣＬ 成型的 主要工艺参 数 有 螺 杆 转 速［８］，打 印 速 度，层 高，打 印 温 度等，通过改变这些参数可以得到不同 精 度 的 制 品。 本文研究了不同工艺参数对 ＰＣＬ 翘曲变形［９］的影响， 并表征了３Ｄ 打印 ＰＣＬ的力学性能［１０］，对聚己内酯３Ｄ 打印的前景进行了探讨。
度为９０ ℃，注射压力为６０ ＭＰａ，注射速度为６０ｍｍ／ｓ， 保压时间为５ｓ，采用注射成型制备标注测试样条，注射 成型浇口位置如图２所示。
图２ 注射成型浇口位置示意图 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｇａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
１．４ 性能测试与结构表征 最大翘曲变 形 量 模 型 如 图 ３ 所 示，为 了 表 征 翘 曲
２０１８年４月
中 国 塑 料
·７５·
１ 实验部分
１．１ 主要原料 ＰＣＬ 颗粒，ＰＣＬ６８００，相 对 分 子 质 量 为 ４００００，熔
体流动速率为３ｇ／１０ｍｉｎ（１６０℃），熔点为６０℃，密度 为１．１４６ｇ／ｍＬ（２５ ℃）。 １．２ 主要设备及仪器
熔体微分３Ｄ 打印机，北京化工大学英蓝实验室自 主研发，如图１所示，熔体微分３Ｄ 打印机的原料为粒 料，相对于桌面３Ｄ 打印机省去了拉丝的步骤，节约了 成本，拓展了３Ｄ 打印材料的范围；
０ 前言
骨支架作为 骨 组 织 工 程 的 关 键 之 一，主 要 作 用 为 引导骨组织生长并维持到新骨生成。理想的骨支架要 有良好的生物相容性，免疫原性低，且需要与人体骨组 织强度和密度接近［１］。ＰＣＬ 因其降解速度较慢，而且 具有较好的 可 塑 性 和 生 物 相 容 性，已 被 广 泛 应 用 于 骨 组织工程［２３］。传统的支架制备方法有自动化程度低，
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聚己内酯３犇 打印成型工艺研究及力学性能分析
向声邁，焦志伟 ，苗剑飞，刘晓军，杨卫民
（北京化工大学机电工程学院，北京 １０００２９）
摘 要：以聚己内酯（ＰＣＬ）为材料，采用实验方法，研究了成型温度和打印层高对 ＰＣＬ制品翘曲变形的影响。通过三 维（３Ｄ）打印制备 ＰＣＬ样条，表征了３Ｄ打印 ＰＣＬ的力学性能，并与注射成型进行对比。结果表明，随着成型温度的升 高和打印层高的增加，ＰＣＬ制品的翘曲变形量呈现出先增加后减小的趋势；ＰＣＬ 的３Ｄ打印制品的拉伸强度、弯曲强度 和断裂伸长率均高于传统注射成型工艺。 关 键 词：聚己内酯；三维打印；翘曲变形；力学性能 中图分类号：ＴＱ３２０．６６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１９２７８（２０１８）０４００７４０５ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１８．０４．０１３
收稿日期：２０１７１１２０ 国家自然科学基金青年基金资助项目（５１４０３０１４）、广东省 科技计划项目（２０１６Ｂ０Ｂ０９１５００１） 联系人，ｊｉａｏｚｗ＠ｍａｉｌ．ｂｕｃｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
且制备出的支架孔隙率、孔隙连通率、形状等不易于精 确控，无法满 足 个 性 化 需 求 等 缺 点。 随 着 制 造 业 的 发 展，出现基于计算机辅助下制作的快速成型技术，有效 解决了传统 支 架 制 作 方 法 上 的 缺 点［４］。聚 己 内 酯 的 ３Ｄ打印 方 式 有：三 维 打 印 （３ＤＰ）［５］，熔 融 沉 积 成 型 （ＦＤＭ）［６］，选择 性 激 光 烧 结 （ＳＬＳ）等 快 速 成 型 技 术。 本文通过采用自主研发的熔体微分３Ｄ 打印机［７］制备 ＰＣＬ制品，打印材料为 ＰＣＬ 颗粒。影响 ＰＣＬ 成型的 主要工艺参 数 有 螺 杆 转 速［８］，打 印 速 度，层 高，打 印 温 度等，通过改变这些参数可以得到不同 精 度 的 制 品。 本文研究了不同工艺参数对 ＰＣＬ 翘曲变形［９］的影响， 并表征了３Ｄ 打印 ＰＣＬ的力学性能［１０］，对聚己内酯３Ｄ 打印的前景进行了探讨。
度为９０ ℃，注射压力为６０ ＭＰａ，注射速度为６０ｍｍ／ｓ， 保压时间为５ｓ，采用注射成型制备标注测试样条，注射 成型浇口位置如图２所示。
图２ 注射成型浇口位置示意图 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｇａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
１．４ 性能测试与结构表征 最大翘曲变 形 量 模 型 如 图 ３ 所 示，为 了 表 征 翘 曲
２０１８年４月
中 国 塑 料
·７５·
１ 实验部分
１．１ 主要原料 ＰＣＬ 颗粒，ＰＣＬ６８００，相 对 分 子 质 量 为 ４００００，熔
体流动速率为３ｇ／１０ｍｉｎ（１６０℃），熔点为６０℃，密度 为１．１４６ｇ／ｍＬ（２５ ℃）。 １．２ 主要设备及仪器
熔体微分３Ｄ 打印机，北京化工大学英蓝实验室自 主研发，如图１所示，熔体微分３Ｄ 打印机的原料为粒 料，相对于桌面３Ｄ 打印机省去了拉丝的步骤，节约了 成本，拓展了３Ｄ 打印材料的范围；
０ 前言
骨支架作为 骨 组 织 工 程 的 关 键 之 一，主 要 作 用 为 引导骨组织生长并维持到新骨生成。理想的骨支架要 有良好的生物相容性，免疫原性低，且需要与人体骨组 织强度和密度接近［１］。ＰＣＬ 因其降解速度较慢，而且 具有较好的 可 塑 性 和 生 物 相 容 性，已 被 广 泛 应 用 于 骨 组织工程［２３］。传统的支架制备方法有自动化程度低，
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｏｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｔｈｅｉｇｈｔｏｎｔｈｅｗａｒｐａｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ３Ｄ ｐｒｉｎｔｅｄｐａｒｔｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ（ＰＣＬ）ａｓａｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ３Ｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｏｌｄｅｄｐａｒｔｓｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｅｄｐａｒｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｗａｒｐｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｐａｒｔｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔ ｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｍｏｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｔｈｅｉｇｈｔ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ３Ｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍｏｌｄｅｄ ｐａｒｔａｃｈｉｅｖｅｄ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔｂｒｅａｋｔｈａｎｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｅｄｏｎｅ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ；ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｉｎｔｉｎｇ；ｗａｒｐａｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ