Пермские ученые определили оптимальные параметры 3D-печати при работе с PEEK

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) исследовали свойства образцов из прочного, тугоплавкого, биосовместимого конструкционного термопласта полиэфирэфиркетона (PEEK, ПЭЭК) после FDM 3D-печати и термической обработки. Такие высокопрочные материалы позволяют создавать полимерные аналоги металлических имплантатов и протезов.

3D-печатный образец из PEEK без (b) и после (c) термической обработки

Аддитивные технологии позволяют создавать изделия сложной формы из различных материалов, что представляет большой интерес для современной медицины. Например, можно создавать имплантаты и протезы с характеристиками, специально подобранными под конкретных пациентов.

Одна из самых доступных и часто используемых технологий аддитивного производства — моделирование методом послойного наплавления (FDM/FFF). Для производства имплантатов и протезов методом FDM 3D-печати используются биосовместимые полимерные материалы, например полиэфирэфиркетон (PEEK). Благодаря высокой прочности и износостойкости он отлично подходит для замены традиционных металлических компонентов. Проведя серию экспериментов, сотрудники научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» Пермского политеха выявили оптимальные параметры 3D-печати полиэфирэфиркетоном с целью повышения качества изготовления биомедицинских устройств, сообщает пресс-служба вуза.

Варианты построения образцов: с диагональной (b), поперечной (c) и продольной (d) укладкой, с горизонтальной (e) и вертикальной (f) ориентацией на столике 3D-принтера

В ходе исследования получены данные о влиянии термической постобработки на свойства изделий: термическая обработка способствует повышению межфазной связности слоев, а значит повышает прочность всего изделия. Ученые проверили прочность на разрыв на образцах с тремя вариантами укладки заполнения — продольным, поперечным и диагональным под углом 45 градусов. Для оценки прочности на сжатие использовались образцы, напечатанные с горизонтальным и вертикальным расположением моделей. Расходным материалом послужил филамент производства компании REC, образцы изготовлены на 3D-принтере F2 Lite производства пермской компании «Ф2 Инновации». Термическая обработка проведена в сушильном шкафе Binder FP53.

С помощью термической обработки в нагретом кварцевом песке при температуре 220°С сопротивление образованию трещин удалось повысить на 33-45% в зависимости от ориентации линий, прочность на разрыв — на 45–65%, а модуль упругости — на 20%.

Разрушенные образцы с диагональной укладкой заполнения (a), поперечной (b), продольной (c) и продольной после термической обработки (d)

«Основные проблемы 3D-печати с помощью PEEK связаны с его высокой температурой плавления (около 390°C) и вязкостью. Первое приводит к более высоким требованиям к печатающему оборудованию, в то время как второе предотвращает плавление и дополнительно влияет на прочность изделий. В ходе исследования мы определили, как именно различные производственные параметры влияют на механические свойства готового изделия из PEEK», — рассказал доцент кафедры динамики и прочности машин Михаил Ташкинов.

Доклад научной команды опубликован в журнале Polymers.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.