PEEK樣品分別在低于、大約和高于PEEK熔點的溫度下進行生產(chǎn)，然后與市售PEEK材料進行比較。干滑動摩擦學測試、硬度和XRD的結(jié)果表明，加工溫度對硬度和結(jié)晶度有很大的影響，進而影響摩擦學行為。

FDM增材制造PEEK的挑戰(zhàn)與基礎研究

FDM是 PEEK增材制造的另一種方法。在這種技術中，需要使用可以處理高溫（360℃以上）的擠出機頭來進行熔融擠出，以熔化PEEK。Vaezi 等人通過熔融擠出PEEK線材制造了多孔PEEK物體，包括人體骨骼結(jié)構(gòu)的模型樣本。

然而采用FDM對PEEK材料進行打印具有挑戰(zhàn)性，這主要是因為高溫打印、層間附著力差導致制造部件質(zhì)量下降以及缺乏合適的進料材料。因此需要研究打印參數(shù)對PEEK 制件的機械和熱性能的影響。這些參數(shù)包括打印溫度、打印速度、層厚、光柵角度和噴嘴直徑。

FDM制造多孔PEEK的研究成果

Spece等人通過FDM制造了多孔的PEEK，并且研究了孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)、力學性能和生物反應，其中多孔結(jié)構(gòu)的設計是基于最簡單的直線圖案和三重周期最小表面（TMPS）的陀螺拓撲和金剛石拓撲結(jié)構(gòu)。多孔尺寸與設計的多孔尺寸（600μm）相似（p＞0.05），平均壓縮彈性模量在210 - 268MPa，屈服強度為6.6 - 17.1MPa，其中TMPS結(jié)構(gòu)的強度最大，并且SEM成像顯示細胞附著并橋接在拓撲結(jié)構(gòu)當中，具有更高的細胞活性。

噴嘴溫度及分子量對FDM打印PEEK的影響

FDM帶來的不可避免的缺陷以及PEEK的高熔體粘度，Xu等人研究了噴嘴溫度以及分子量對FDM打印PEEK制件的力學性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。中等分子量的PEEK表現(xiàn)出良好的流動性。當噴嘴溫度為410℃時，PEEK - 033G的缺陷明顯減少，抗拉強度和抗彎強度分別達到96MPa和115MPa，接近注塑成型性能。此外，Z軸方向的拉伸強度用于表征層間結(jié)合強度，隨著PEEK粘度的降低，層間粘合強度隨之增加。預計這些發(fā)現(xiàn)可以為FDM 3D打印PEEK提供更多的見解。

有限元分析在FDM打印PEEK中的應用

Wang等人首次使用有限元分析（FEA）來模擬PEEK在流道中的熔體變化和流動性，已確定FDM所需的打印參數(shù)，從而使得3D打印的PEEK制件具有優(yōu)異表面質(zhì)量和機械性能。通過分析仿真結(jié)果，以指導未來打印系統(tǒng)的設計并優(yōu)化參數(shù)，并通過FDM實驗來研究各種打印參數(shù)對PEEK零件的機械性能、微觀結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，當噴嘴溫度為440℃、打印速度為20mm/s、打印層厚為0.1mm時，可以提高PEEK零件的密度、減少內(nèi)部缺陷、加強3D打印層之間的結(jié)合并降低表面粗糙度。

FDM打印設備改進及效果

Hu等人基于有限元模擬和試驗結(jié)果，提出了對常規(guī)熔融沉積3D打印設備的幾項結(jié)構(gòu)設計進行改進。在噴嘴處增加了集熱器，可以顯著提高打印過程中溫度場的均勻性，提高成型零件的最終強度。同時設計了一個二自由度平臺，可以減少因環(huán)境溫度而引起的翹曲變形。采用這樣改進的設備形成的試樣具有最高的結(jié)晶度，并且翹曲率可以從20.4%下降到5.0%，彈性模量可以增加20.1%。

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