與現(xiàn)有技術(shù)相比，3D打印（AM）提供了一種更為經(jīng)濟(jì)有效、自動(dòng)化的制造過(guò)程，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的庫(kù)存，同時(shí)為工程的設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。熔絲制造（FFF）也稱(chēng)熔融沉積制造（FDM），是熱塑性聚合物最常用的3D打印技術(shù)之一。在FFF工藝中，將熱塑性長(zhǎng)絲送入加熱的噴頭中，熔化或液化，然后擠出并沉積在構(gòu)建模型的基板上。當(dāng)熔融材料沉積時(shí)，臺(tái)架在水平x-y平面內(nèi)移動(dòng)噴頭。然后，在完成x-y平面中的沉積之后，加熱底板垂直移動(dòng)（在z軸上）。沉積層固化并與相鄰層粘合/焊接，形成所需的3D幾何形狀。

據(jù)了解，PEEK是一種高性能的熱塑性塑料，即使在高達(dá)240°C的溫度下也具有優(yōu)異的機(jī)械和化學(xué)耐受性，PEEK還具有優(yōu)異的耐水解性并提供防火，防煙和防毒性能。PEEK已用于汽車(chē)，航空航天，石油和天然氣等領(lǐng)域。本文研究的重點(diǎn)是PEEK的FFF用于制造生物植入物，以便有效地利用其性能，如生物相容性、疲勞性和耐磨性。本文首先討論FFF制備PEEK樣品的工藝參數(shù)，然后進(jìn)行拉伸，彎曲和斷裂韌性的測(cè)試，包括與DIC的光學(xué)應(yīng)變映射，為PEEK的FFF制造提供了指導(dǎo)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)在骨科植入物的應(yīng)用。 研究方法 本文使用Indmatec HPP 155裝置（Apium Additive Technologies GmbH）制備FFF樣品，使用由Victrex?PEEK450G制成的直徑為1.75mm的長(zhǎng)絲，經(jīng)過(guò)壓力機(jī)構(gòu)將長(zhǎng)絲送入0.4mm直徑的噴頭，本研究中使用的FFF工藝參數(shù)如下： 噴頭移動(dòng)速度：800mm/min；第一層：300mm/min 噴頭溫度：410℃；第一層390℃ 基板溫度：100℃ 層厚：0.1mm；第一層：0.18mm 擠壓寬度：0.48mm 填充圖案：直線(xiàn) 填充比重：100%

拉伸實(shí)驗(yàn)在具有2.5kN測(cè)力傳感器的Zwick-Roell Z005萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)（UTM）上進(jìn)行，在環(huán)境溫度（~20℃）下，根據(jù)ISO 527以1mm / min的恒定十字頭速度進(jìn)行拉伸測(cè)試。FFF-PEEK拉伸樣件如圖2所示。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 178，在環(huán)境溫度（~20℃）下在具有2.5kN測(cè)力傳感器的Zwick-Roell Z005萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)（UTM）上以2mm / min的恒定十字頭速度進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行斷裂實(shí)驗(yàn)以評(píng)估3D打印PEEK的模式I斷裂韌性。根據(jù)ASTM D5045-14標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量FFF-PEEK試樣的拉伸斷裂性能，以測(cè)量聚合物的平面應(yīng)變斷裂韌性。

結(jié)論

根據(jù)ISO 527-1：2012，拉伸強(qiáng)度是在拉伸實(shí)驗(yàn)期間觀察到第一局部最大值的應(yīng)力。因此，在屈服點(diǎn)評(píng)估H-0°樣品的拉伸強(qiáng)度，而在失效點(diǎn)評(píng)估H-90°和V-90°樣品的拉伸強(qiáng)度，H-0 °試樣表現(xiàn)出最高的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度，其次是H-90°和V-90°（圖4和表1）。在H-0°試樣中，拉伸加載力方向平行于絲材走線(xiàn)方向，因此該樣品顯示出更高的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度。 H-90°的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度值分別比H-0°低7％和12％。由于熔融的絲材之間優(yōu)異的界面結(jié)合，H-90°試樣表現(xiàn)出接近H-0°試樣的性能。

H-0°樣件在110％應(yīng)變下評(píng)估失效，因此橫截面積較小，宏觀空隙較大。 紅色，黃色和白色（箭頭和圓圈）分別表示z制造方向，走線(xiàn)方向和負(fù)載方向。 圓圈表示垂直于表面的方向。

斷裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了FFF工藝參數(shù)對(duì)斷裂韌性的影響。 H-0°樣件表現(xiàn)出最好性能，其次是H-90°和V-90°，如載荷-位移曲線(xiàn)（圖9）和KIC（表3）所示。

討論 本文給出了FFF制備PEEK樣品的拉伸、彎曲、斷裂韌性，實(shí)驗(yàn)邏輯緊密，實(shí)驗(yàn)充分，系統(tǒng)的研究了FFF工藝參數(shù)對(duì)PEEK樣件力學(xué)性能的研究，為PEEK在醫(yī)學(xué)中的使用提供了較為充分的工程理論。文中大量地方值得我們學(xué)習(xí)，例如圖表的制備，圖表清晰易懂，邏輯性性強(qiáng)，為我們今后做類(lèi)似的力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供借鑒。