摘要
聚醚醚酮(PEEK)材料具有与人体骨相近的力学性能和良好的化学稳定性。3D打印技术适用于作为PEEK骨科植入物材料的加工制造。然而，由于PEEK材料本身具有半结晶性质及高熔点温度，使得PEEK材料3D打印试样的表面质量和力学性能易受到打印条件变化的影响。本文基于熔丝制造(FFF)PEEK材料基础3D打印为切入点，改善打印过程中由温度水平条件及工艺参数对PEEK试样表面质量和力学性能的影响。此外，纯PEEK材料的生物惰性也影响了其长期功能稳定性，为进一步拓展PEEK材料在骨修复领域的应用，引入具备良好生物相容性和骨传导性的生物陶瓷材料(HA)通过3D打印复合制造，并研究引入HA对其力学性能和生物相容性能的影响。同时实现了3D打印聚醚醚酮/生物陶瓷(PEEK/HA)复合材料良好的力学性能，又改善了PEEK材料的生物相容性。 研究了PEEK材料的3D打印基础工艺。通过PEEK材料3D打印基础工艺试验，分析了打印层厚、速度及冷却条件对3D打印PEEK表面质量影响。结果表明:随着打印层厚与速度的增加，试样表面温度场分布相对均匀，有利于减小试样整体收缩率。然而，层厚与速度的增加会导致表面粗糙度增大。在风冷条件下，PEEK试样的收缩率和表面粗糙度高于自然冷却条件下的试样。对于不同打印层厚的试样，自然冷却条件下比风冷条件下的试样在X轴的收缩率低8.48％-16.05％、在Z轴的收缩率低6.7％-16％,表面粗糙度低7.97％-11.41％;对于不同打印速度的试样，自然冷却条件下比风冷条件下的试样在X轴的收缩率低6.96％-15.27％、在Z轴的收缩率低6.67％-18.75％,表面粗糙度低7.33％-8.26％。相比风冷条件，自然冷却条件有利于试样表面质量的提高。 研究了3D打印仓室风冷流场对PEEK试样力学性能的影响。通过对打印机仓室内的风冷流场分布进行模拟验证，对比研究了风冷条件和自然冷却条件对PEEK试样力学性能的影响。结果表明:冷却条件会影响FFF成型PEEK试样的力学性能，自然冷却条件下制备的试样力学性能优于风冷条件下制备的试样。在风冷条件下，打印机仓室内的空气流动速度加快，不同打印位置制备的试样力学性能存在差别，且均低于自然冷却条件下制备的试样。与风冷条件下制备的试样相比，自然冷却条件下制备的试样拉伸与弯曲强度最大提高了15％与16.75％,结晶度最大提高了81.36％。试样经热处理后，自然冷却与风冷条件下打印的PEEK试样力学性能以及结晶度均得到提高。 研究了3D打印PEEK/HA复合材料的力学与生物相容性能。通过对3D打印PEEK/HA复合材料进行力学和生物相容性试验,获得了3D打印PEEK/HA复合材料良好的力学性能，又改善了PEEK材料的生物相容性。结果表明:打印层厚对拉伸强度影响最大，最优参数组合为打印层厚0.1mm、打印速度10mm/s、打印角度0°,最优拉伸强度为59.67MPa;打印角度对弯曲强度影响最大，最优参数组合为打印层厚0.1mm、打印速度10mm/s、打印角度45°,最优弯曲强度为96.06MPa。添加HA有助于细胞在材料表面生长增殖，PEEK/HA复合材料生物相容性优于PEEK材料。
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