CN110253888A - 一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法 - Google Patents

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陈骥
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，包括：获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据，经Mimics数据处理逆向构建颅骨植入物的三维数字模型，获取颅骨模型的Gcode格式文件；准备聚醚醚酮线材并设置商业3D打印机参数后打印，取出颅骨制件保温即得。本发明针对基于聚醚醚酮材料的熔融沉积成型技术采用的成型工艺参数，实现颅骨植入物的完整成型，相较于传统减材制造如铣加工可以提高材料利用率，降低材料损耗，相较于选择性激光烧结方法，加工成本低且环保，制造的颅骨植入物力学性能强。

Description

一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法。
背景技术
聚醚醚酮(Polyether etherketone，简称PEEK)，主要是以4,4'-二氟二苯甲酮、对苯二酚、无水碳酸钠为原料，二苯砜为溶剂，在无水条件下于300～340℃进行亲核缩聚合制得，是具备超高性能的半结晶性、热塑性特种工程塑料。
聚醚醚酮材料已经被越来越多地应用于临床医疗领域，将聚醚醚酮材料应用于颅骨制造领域，其优点如下：
一、力学性能优良，相较于钛合金，其弹性模量与人骨的弹性模量非常接近；
二、生物相容性好，利于细胞附着生长，且对温度不敏感，基本不会随着环境温度变化而发生变形；
三、可穿透性好，使用聚醚醚酮材料制备的颅骨可以通过各种检测手段成像如X光、核磁共振，不影响对颅内病灶的观测。
目前针对聚醚醚酮材料制造颅骨植入物，主要方法既有机械加工等传统加工方式成型，也有激光烧结或者熔融沉积成型等增材制造技术。机械加工成型方式的缺点在于加工材料的浪费，材料利用率较低，且其成型时间较长。激光烧结成型技术的缺点在于加工设备价格高昂，而且加工材料为粉末容易造成污染，成本较高，且不环保。而当前已有的针对聚醚醚酮的熔融沉积技术采用的工艺参数较为简单，考虑不够全面且工艺参数范围较为狭窄，而在熔融沉积成型过程中，成型物的力学性能受到多种工艺参数的影响，无法制造出力学性能好的聚醚醚酮颅骨植入物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，利用熔融沉积成型技术制备聚醚醚酮材料的颅骨植入物，解决目前聚醚醚酮材料通过增材制造方法制备颅骨植入物由于工艺参数不够全面、力学性能差的问题。
本发明采用基于FDM原理的熔融沉积成型来制造聚醚醚酮材料的颅骨植入物，成型材料和支撑材料通过送丝机构送进相应的喷嘴，在喷嘴内被加热至熔融状态，喷嘴通过成型系统控制，根据提前设定的轮廓信息和填充轨迹做平面运动，而且经由喷嘴挤出的材料均匀地平铺在每一层截面轮廓上，被挤出的丝材在短时间内快速冷却，并和上一层固化材料粘连在一起，层层堆积，最终生成所需的颅骨植入物。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，包括以下步骤：
(1)采用CT、MRI医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据；
(2)将步骤(1)中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入商业软件Mimics中，通过数据处理逆向构建颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件；
(3)将步骤(2)中得到的STL格式文件导入至3D打印机附带的切片软件IntamSuite中，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件；
(4)准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，140℃烘干2h；
(5)设置商业3D打印机的参数，打印过程中确保喷嘴温度为380～420℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却；
(6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，保温5分钟后调平底板，适当调整喷嘴与底板之间的距离为0.1～0.2mm，开始打印；
(7)打印完成后，取出颅骨制件，去除支撑后放入烘干机中进行保温，保温温度为175～250℃，保温时间为2h，即得。
进一步，步骤(5)中，所述喷嘴温度为400～420℃。
进一步，步骤(7)中，所述保温温度为200～250℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一、本发明针对基于聚醚醚酮材料的熔融沉积成型技术采用的成型工艺参数，可以实现颅骨植入物的完整成型。由于聚醚醚酮材料的特殊性质，在打印成型过程中容易发生翘曲变形、分层的质量问题，发生问题之后会导致打印无法顺利完成，工件无法成型，本发明所采用的温度组合可以保证颅骨植入物的顺利成型，具有优良的产品形状且成型质量较好。
二、本发明所采用的特定工艺参数组合以及后续的热处理能保证制备出来的颅骨植入物力学性能优异，更符合人体植入需求。
三、相较于传统减材制造如铣加工，本发明可以提高材料利用率，降低材料损耗；相较于选择性激光烧结方法，本发明加工成本低且环保，制造的颅骨植入物力学性能强。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。以下实施例中3D打印机的型号为FUNMAT HT 3D打印机，聚醚醚酮线材原料市售可得。
实施例1
聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，制备步骤如下：
1)采用CT、MRI等医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据。
2)将步骤一中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入计算机上的商业软件Mimics中，对医学数据进行处理，利用其逆向功能实现颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件。
3)将步骤二中得到的STL格式文件导入商业软件IntamSuite中，该软件为3D打印机附带的切片软件，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件。
4)先准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，然后将备好的聚醚醚酮线材放入烘干机中以140℃烘干两小时，以获得干燥的可用来打印的线材。
5)设置商业3D打印机的参数，在打印过程中确保喷嘴温度为380℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却。
6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，并保温一段时间后再调平底板，并适当调整喷嘴与底板之间的距离，即可开始进行打印。
7)打印完成后，取出打印机中的颅骨制件，去除支撑后，将其放入烘干机中进行保温，保温温度为250℃，保温时间为两小时，以获取符合质量要求的颅骨植入物。
实施例2
聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，制备步骤如下：
1)采用CT、MRI等医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据。
2)将步骤一中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入计算机上的商业软件Mimics中，对医学数据进行处理，利用其逆向功能实现颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件。
3)将步骤二中得到的STL格式文件导入商业软件IntamSuite中，该软件为3D打印机附带的切片软件，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件。
4)先准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，然后将备好的聚醚醚酮线材放入烘干机中以140℃烘干两小时，以获得干燥的可用来打印的线材。
5)设置商业3D打印机的参数，在打印过程中确保喷嘴温度为400℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却。
6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，并保温一段时间后再调平底板，并适当调整喷嘴与底板之间的距离，即可开始进行打印。
7)打印完成后，取出打印机中的颅骨制件，去除支撑后，将其放入烘干机中进行保温，保温温度为250℃，保温时间为两小时，以获取符合质量要求的颅骨植入物。
实施例3
聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，制备步骤如下：
1)采用CT、MRI等医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据。
2)将步骤一中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入计算机上的商业软件Mimics中，对医学数据进行处理，利用其逆向功能实现颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件。
3)将步骤二中得到的STL格式文件导入商业软件IntamSuite中，该软件为3D打印机附带的切片软件，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件。
4)先准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，然后将备好的聚醚醚酮线材放入烘干机中以140℃烘干两小时，以获得干燥的可用来打印的线材。
5)设置商业3D打印机的参数，在打印过程中确保喷嘴温度为420℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却。
6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，并保温一段时间后再调平底板，并适当调整喷嘴与底板之间的距离，即可开始进行打印。
7)打印完成后，取出打印机中的颅骨制件，去除支撑后，将其放入烘干机中进行保温，保温温度为250℃，保温时间为两小时，以获取符合质量要求的颅骨植入物。
实施例4
聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，制备步骤如下：
1)采用CT、MRI等医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据。
2)将步骤一中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入计算机上的商业软件Mimics中，对医学数据进行处理，利用其逆向功能实现颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件。
3)将步骤二中得到的STL格式文件导入商业软件IntamSuite中，该软件为3D打印机附带的切片软件，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件。
4)先准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，然后将备好的聚醚醚酮线材放入烘干机中以140℃烘干两小时，以获得干燥的可用来打印的线材。
5)设置商业3D打印机的参数，在打印过程中确保喷嘴温度为420℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却。
6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，并保温一段时间后再调平底板，并适当调整喷嘴与底板之间的距离，即可开始进行打印。
7)打印完成后，取出打印机中的颅骨制件，去除支撑后，将其放入烘干机中进行保温，保温温度为175℃，保温时间为两小时，以获取符合质量要求的颅骨植入物。
实施例5
聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，制备步骤如下：
1)采用CT、MRI等医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据。
2)将步骤一中获取的患者待植入部位的医学图像数据输入计算机上的商业软件Mimics中，对医学数据进行处理，利用其逆向功能实现颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件。
3)将步骤二中得到的STL格式文件导入商业软件IntamSuite中，该软件为3D打印机附带的切片软件，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件。
4)先准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，然后将备好的聚醚醚酮线材放入烘干机中以140℃烘干两小时，以获得干燥的可用来打印的线材。
5)设置商业3D打印机的参数，在打印过程中确保喷嘴温度为420℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却。
6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，并保温一段时间后再调平底板，并适当调整喷嘴与底板之间的距离，即可开始进行打印。
7)打印完成后，取出打印机中的颅骨制件，去除支撑后，将其放入烘干机中进行保温，保温温度为200℃，保温时间为两小时，以获取符合质量要求的颅骨植入物。
实施例1-5中聚醚醚酮颅骨植入物的力学测试数据如表1所示。
表1
试样 抗拉强度/MPa 最大弯曲应力/MPa
实施例1 97.5 134.8
实施例2 99.7 137.1
实施例3 100 142.2
实施例4 97.5 138.7
实施例5 98.3 140.3

Claims (3)

1.一种聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用CT、MRI医疗仪器获取患者颅骨待植入部位的医学图像数据；
(2)将步骤(1)中获取的医学图像数据输入商业软件Mimics中，通过数据处理逆向构建颅骨植入物的三维数字模型，并转成3D打印系统可以识别的STL格式文件；
(3)将步骤(2)中得到的STL格式文件导入至3D打印机附带的切片软件IntamSuite中，设置打印层高为0.15mm，填充密度为100％，打印速度为60mm/s，并开启冷却风扇，生成支撑，获取颅骨模型的Gcode格式文件；
(4)准备直径为1.75mm的聚醚醚酮线材，140℃烘干2h；
(5)设置商业3D打印机参数，打印过程中确保喷嘴温度为380～420℃，箱体环境温度为80℃，打印底板温度为130℃，并开启3D打印机的风扇冷却；
(6)打印前在打印机底板上涂抹一层固体胶，保温5分钟后调平底板，适当调整喷嘴与底板之间的距离为0.1～0.2mm，开始打印；
(7)打印完成后取出颅骨制件，去除支撑并于温度为175～250℃保温2h，即得。
2.如权利要求1所述的聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，其特征在于，步骤(5)中，所述喷嘴温度为400～420℃。
3.如权利要求1所述的聚醚醚酮颅骨植入物的增材制造加工方法，其特征在于，步骤(7)中，所述保温温度为200～250℃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114986874A (zh) * 2022-04-29 2022-09-02 大连海事大学 一种增强peek抗拉性能的3d打印方法
CN115212348A (zh) * 2022-06-20 2022-10-21 四川大学 一种peek基复合植入体及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103707507B (zh) * 2013-12-13 2016-08-17 吉林大学 聚醚醚酮仿生人工骨的3d打印制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103707507B (zh) * 2013-12-13 2016-08-17 吉林大学 聚醚醚酮仿生人工骨的3d打印制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114986874A (zh) * 2022-04-29 2022-09-02 大连海事大学 一种增强peek抗拉性能的3d打印方法
CN115212348A (zh) * 2022-06-20 2022-10-21 四川大学 一种peek基复合植入体及其制备方法和应用

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