CN113400649B - 一种解决3d打印peek材料零件热变形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法。本发明针对熔融沉积3D打印的PEEK材料零件，采用填充加压全场热处理的方法，得到不同结晶度的PEEK材料零件；解决了PEEK材料零件热变形的问题，PEEK材料植入物能够顺利与患者匹配；在PEEK材料零件周围填充了大量的型砂，使PEEK材料零件在热处理过程中受热更均匀，冷却过程中，也能够降低PEEK材料零件的冷却速率，提高塑性，最后形成具备优异力学性能、具有实际应用价值的PEEK材料零件。

Description

一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法。
背景技术
聚醚醚酮(polyether-ether-ketone，PEEK)熔融沉积3D打印技术，是通过切层软件将三维模型切层并计算出每一层的构建路径，然后挤出机喷嘴沿着切片软件计算出的路径自下至上逐层构建，最终形成所需要的PEEK材料零件。所制造出来的PEEK材料零件力学性能优异、化学惰性好，已经作为一种潜力巨大的轻质高性能材料来代替金属材料去应用到骨科定制化产品中，尤其是其优异的生物相容性和减磨耐磨特性，成为目前颅骨假体植入物的理想材料之一。
中国专利CN107234810B授权公告了一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，该方法先将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，将PEEK材料零件烘干；然后采用全场热处理方法，或者采用表面热处理方法，或者采用局部热处理方式，得到相应的PEEK材料零件；最后将PEEK材料零件通过时效处理，即应用到实际中，该项技术采用不同温度对PEEK材料的不同区域处理不同的时间，最后形成所需要的、具有实际应用价值的PEEK材料零件，工艺简单。
以上技术在实际使用时仍存在诸多不足，例如：该技术仅仅研究不同温度热处理工艺对PEEK材料力学性能及结晶度的影响，未能解决3D打印个体化PEEK材料植入物热处理后的变形问题，用上述方法热处理后，会导致PEEK材料植入物无法与患者匹配，导致高强态的PEEK材料植入物只能依赖于机械加工等减材制造，其中以PEEK颅骨修补板为例，PEEK板材有效利用率仅能达到15％左右。因此，面向个体化PEEK材料植入物的热处理技术成为了生物医疗领域的研究热点与难点，在已知的技术层面上，尚无合适的热处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，克服前述现有技术的不足，解决了PEEK材料零件热变形的问题；在PEEK材料零件周围填充了大量的导热性型砂，使PEEK材料零件在热处理过程中受热更均匀，冷却过程中，也能够降低PEEK材料零件的冷却速率，提高塑性，最后形成具备优异力学性能、具有实际应用价值的PEEK材料零件。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，包括如下步骤：
(1)采用耐高温的隔热纸材将打印好的PEEK材料零件包裹好，确保PEEK材料零件被完全遮蔽；
(2)在容积大于PEEK材料零件体积的导热性容器中填入2-4cm高度的导热性型砂，将包裹好的PEEK材料零件放入导热性容器内；
(3)向导热性容器中填入导热性型砂，直至PEEK材料零件上端面上方2-5cm处堆积满导热性型砂为止；
(4)用平底模具均匀按压导热性型砂，压实后，继续加入2-5cm高度的导热性型砂并均匀加压压实；
(5)向导热性容器中继续加导热性型砂直至加满，用钢板自上直下垂直按压，压实顶部导热性型砂，用毛刷清楚多余的导热性型砂，盖上导热性容器的盖子；
(6)在导热性容器的盖子的顶部增加压力装置，压力装置重量为1-10kg；
(7)将装有PEEK材料零件的导热性容器放入热处理箱中，从常温加热至200-300℃，保温1-3h，然后升温至300-400℃，保温1-3h后，关闭热处理的温控系统，随炉冷却；
(8)取出冷却至室温的PEEK材料零件，即可进行应用。
进一步的，所述隔热纸选用铝箔纸。
进一步的，所述导热性容器选用不锈钢容器。
进一步的，所述导热性型砂选用铸造红砂。
进一步的，所述步骤(2)中，PEEK材料零件的侧面与导热性容器的内壁之间留有空隙，空隙的宽度为2-3cm。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法具有以下优点：本发明针对熔融沉积3D打印的PEEK材料零件，采用填充加压全场热处理的方法，得到不同结晶度的PEEK材料零件；解决了PEEK材料零件热变形的问题，PEEK材料植入物能够顺利与患者匹配；在PEEK材料零件周围填充了大量的型砂，使PEEK材料零件在热处理过程中受热更均匀，冷却过程中，也能够降低PEEK材料零件的冷却速率，提高塑性，最后形成具备优异力学性能、具有实际应用价值的PEEK材料零件。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中，1压力装置、2盖子、3导热性容器；4导热性型砂、5隔热纸、6PEEK材料零件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示实施例中，一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，包括如下步骤：
(1)采用耐高温的隔热纸5材将打印好的PEEK材料零件6包裹好，确保PEEK材料零件6被完全遮蔽；
(2)在容积大于PEEK材料零件6体积的导热性容器3中填入2-4cm高度的导热性型砂4，将包裹好的PEEK材料零件6放入导热性容器3内；
(3)向导热性容器3中填入导热性型砂4，直至PEEK材料零件6上端面上方2-5cm处堆积满导热性型砂4为止；
(4)用平底模具均匀按压导热性型砂4，压实后，继续加入2-5cm高度的导热性型砂4并均匀加压压实；
(5)向导热性容器中继续加导热性型砂4直至加满，用钢板自上直下垂直按压，压实顶部导热性型砂，用毛刷清楚多余的导热性型砂4，盖上导热性容器3的盖子2；
(6)在导热性容器3的盖子2的顶部增加压力装置1，压力装置1重量为1-10kg；
(7)将装有PEEK材料零件6的导热性容器3放入热处理箱中，从常温加热至200-300℃，保温1-3h，然后升温至300-400℃，保温1-3h后，关闭热处理的温控系统，随炉冷却；
(8)取出冷却至室温的PEEK材料零件6，即可进行应用，能够顺利与患者匹配。
本实施例中，所述隔热纸5选用铝箔纸。所述导热性容器3选用不锈钢容器。所述导热性型砂4选用铸造红砂。
本实施例中，所述步骤(2)中，PEEK材料零件6的侧面与导热性容器3的内壁之间留有空隙，空隙的宽度为2-3cm。
本发明针对熔融沉积3D打印的PEEK材料零件，采用填充加压全场热处理的方法，得到不同结晶度的PEEK材料零件；解决了PEEK材料零件热变形的问题，PEEK材料植入物能够顺利与患者匹配；在PEEK材料零件周围填充了大量的导热性型砂，使PEEK材料零件在热处理过程中受热更均匀，冷却过程中，也能够降低PEEK材料零件的冷却速率，提高塑性，最后形成具备优异力学性能、具有实际应用价值的PEEK材料零件。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)采用隔热纸材将打印好的PEEK材料零件包裹好，确保PEEK材料零件被完全遮蔽；
(2)在容积大于PEEK材料零件体积的导热性容器中填入2-4cm高度的导热性型砂，将包裹好的PEEK材料零件放入导热性容器内；
(3)向导热性容器中填入导热性型砂，直至PEEK材料零件上端面上方2-5cm处堆积满导热性型砂为止；
(4)用平底模具均匀按压导热性型砂，压实后，继续加入2-5cm高度的导热性型砂并均匀加压压实；
(5)向导热性容器中继续加导热性型砂直至加满，用钢板自上至下垂直按压，压实顶部导热性型砂，用毛刷清除多余的导热性型砂，盖上导热性容器的盖子；
(6)在导热性容器的盖子的顶部增加压力装置，压力装置重量为1-10kg；
(7)将装有PEEK材料零件的导热性容器放入热处理箱中，从常温加热至200-300℃，保温1-3h，然后升温至300-400℃，保温1-3h后，关闭热处理的温控系统，随炉冷却；
(8)取出冷却至室温的PEEK材料零件，即可进行应用。
2.根据权利要求1所述的一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，其特征在于：所述隔热纸选用铝箔纸。
3.根据权利要求1所述的一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，其特征在于：所述导热性容器选用不锈钢容器。
4.根据权利要求1所述的一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，其特征在于：所述导热性型砂选用铸造红砂。
5.根据权利要求1所述的一种解决3D打印PEEK材料零件热变形的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，PEEK材料零件的侧面与导热性容器的内壁之间留有空隙，空隙的宽度为2-3cm。
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