Ученые из Пермского политеха (ПНИПУ) определили влияние термообработки на печатные изделия из полиэфирэфиркетона PEEK для биомедицинского применения.
Одной из быстро развивающихся областей применения 3D-печати является производство имплантатов, протезов и других биомедицинских изделий из полимерных материалов. Биосовместимость, отличная усталостная прочность и износостойкость PEEK хорошо подходят для биомедицинского применения. Таким образом, PEEK обладает высоким потенциалом в ортопедии и травматологии, поскольку он является подходящим кандидатом для замены металлических компонентов имплантатов и протезов.
В ходе работы в научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств», созданной в рамках программы мегагрантов, исследователи провели серию экспериментов.
Были изучены различные конфигурации образцов изделий из полиэфирэфиркетона PEEK, напечатанных на 3D-принтере с использованием технологии плавленых нитей FFF (также известный как моделирование плавленого осаждения, FDM) с соплами разного диаметра. В соответствии со стандартом ISO 527-2 были испытаны три конфигурации образцов с продольным (α = 180°), поперечным (α = 90°) и диагональным (α = 45°) углами заполнения.
Были проведены испытания на растяжение для определения модуля упругости стандартных образцов с различными углами заполнения. Образцы готовой и экструдированной нити также были протестированы для оценки их прочности на разрыв. Для определения вязкости разрушения были испытаны образцы с компактным растяжением и скорость выделения критической энергии деформации.
Анализ изменения свойств образцов проводился до и после термической обработки.
Образцы с термообработкой и без нее имели разный цвет: образцы без термообработки были коричневыми (верхний рисунок), что указывает на неполную кристаллизацию материала. Термическая обработка улучшила межфазную адгезию между слоями, и такие образцы имели более бледный бежевый цвет (нижний рисунок).
Исследования показали, как именно различные производственные параметры влияют на механические свойства готового изделия из полиэфирэфиркетона PEEK.
С помощью термической обработки сопротивление образованию трещин удалось повысить на 33-45% в зависимости от ориентации линий, прочность на разрыв — на 45–65%, а модуль упругости — на 20%. Образцы с продольным заполнением α = 180 ° показали более высокие механические свойства.
Научная статья опубликована в журнале «Polymers» (№14, 2022г).