用于人工关节的3D打印高定向短碳纤维增强聚合物复合材料的生物三维学特性
Yang Li1, Heng Li2, Ning Kong2
1State Key Laboratory for Manufacturing System Engineering, School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710054, China; National Medical Products Administration (NMPA) Key Laboratory for Research and Evaluation of Additive Manufacturing Medical Devices, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710054, China; National Innovation Platform (Center) for Industry-Education Integration of Medical Technology, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710054, China.
Biomaterials advances
|May 17, 2024
概括
聚乙烯-乙烯- (PEEK) 复合材料中的高定向短碳纤维 (SCF) 显著提高了耐磨性和机械强度. 这一进步为人工关节提供了有前途的应用,因为其改善了生物位学特性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物材料工程 生物材料工程
- 聚合物复合材料 聚合物复合材料
背景情况:
- 聚合物复合材料中的非定向短碳纤维 (SCF) 限制了增强效应.
- 实现定向增强对于增强复合材料性能至关重要.
- 聚乙乙基 (PEEK) 是生物医学应用的一个有前途的矩阵材料.
研究的目的:
- 使用化沉积建模 (FDM) 制造高度定向的SCF增强PEEK复合材料.
- 在PEEK矩阵中研究SCF的定向机制和层次结构.
- 评价开发的复合材料的生物三维学和机械性能.
主要方法:
- 在喷嘴挤出过程中SCF方向的理论模拟.
- 使用FDM制造SCF/PEEK复合材料.
- 描述SCF的分布和方向.
- 评估耐磨性,硬度,压力强度和冲击强度.
- 细胞相容性的评估.
主要成果:
- 通过沿着印刷方向实现SCF的高度定位,形成一个层次结构.
- 在SCF/PEEK复合材料中,耐磨性提高了44%.
- 在布里内尔硬度 (48.52%),压力强度 (16.42%) 和冲击强度 (53.64%) 中显著提高.
- 证明了良好的细胞相容性.
结论:
- 高定向的SCF显著提高了PEEK复合材料的生物组合学和机械性能.
- 与现有研究相比,开发的制造方法产生了优越的SCF导向.
- 这些SCF/PEEK复合材料显示出在人工关节中使用的潜力.
