4D打印和优化生物相容的多乳酸/多甲基甲酸混合物,以增强形状记忆和机械性能
Hossein Doostmohammadi1, Kamyab Kashmarizad1, Majid Baniassadi1
1School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
Journal of the mechanical behavior of biomedical materials
|September 8, 2024
概括
这项研究优化了聚乳酸 (PLA) /聚甲基甲酸 (PMMA) 混合物的4D打印,以增强形状记忆和强度. 人工神经网络 (ANN) 模型取得了卓越的结果,为生物医学应用提供了100%的形状恢复.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物相容的聚合物
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 4D打印使材料能够随着时间的推移而改变形状,以应对刺激.
- 聚乳酸 (PLA) 和聚甲基甲酸 (PMMA) 是具有生物医学应用潜力的生物相容聚合物.
- 优化处理参数对于实现4D打印材料所需的性能至关重要.
研究的目的:
- 开发和优化聚乳酸 (PLA) /聚甲基甲酸 (PMMA) 混合物的4D打印.
- 为了增强这些生物相容混合物的形状记忆特性和机械强度.
- 为了比较人工神经网络 (ANN) 和响应表面方法 (RSM) 的预测能力,以优化流程.
主要方法:
- 聚烯和PMMA的融化混合.
- 使用基于颗粒的3D打印机进行4D打印.
- 优化PMMA含量,喷嘴温度,拉斯特角度和打印速度.
- 使用差分扫描热量计 (DSC) 和动态机械热分析 (DMTA) 进行表征.
- 使用人工神经网络 (ANN) 和响应表面方法 (RSM) 的建模.
主要成果:
- 该ANN模型显示的准确性和概括性高于RSM模型.
- 优化的PLA/PMMA混合物实现了100%的形状恢复比.
- 最终的抗拉强度达到了65.2 MPa,超过纯PLA的抗拉强度.
- 在4D打印的生物螺丝上展示了出色的机械性能和形状记忆行为.
结论:
- 为4D打印生物相容的PLA/PMMA混合物建立了一种新有效的方法.
- 优化的混合物表现出优越的形状记忆和机械性能,适合生物医学应用.
- 人工神经网络 (ANN) 建模是优化4D打印过程的强大工具.
