论文总字数：18907字

摘 要

聚乳酸（PLA）是一种高分子聚酯，因其降解产物即乳酸可经由生物体内运动自然产生以及吸收，因此具有非常高的生物相容性，在医学领域相当多的应用。同时聚乳酸基的线材也是3D打印的常用材料，但其材质较脆通常需要改性。本文首先对目前生物降解高分子的应用做了介绍，并设计了一套正交实验方案，探索使用熔融层积成型（FDM）技术在制备聚乳酸基样条时打印温度参数，打印速度和层高对样条的力学性能影响。使用万能材料试验机对样条做力学性能测定，发现当选择30 mm/s打印速度，0.2 mm预设层高，230摄氏度喷嘴温度，60摄氏度热床温度，样条可以达到较强的拉伸强度；当选择预设层高0.6 mm，打印速度70 mm/s，挤出温度210摄氏度，热床温度40摄氏度时，样条高度尺寸误差在选定水平区间内达到最小。

关键词：PLA 3D打印 FDM 力学性能

Study on 3D printing parameter selection of PLA based material

Abstract

Polylactic acid (PLA) is a kind of high polymer polyester, its degradation product, which is lactic acid, can be naturally produced and absorbed by the movement of the organism, it has a very high biocompatibility, and has a considerable number of applications in the medical field. At the same time, polylactide based wire is also a common material for 3D printing, but it usually needs to be modified. In this paper, the application of biodegradable polymer was introduced firstly, and a set of orthogonal experimental scheme was designed to explore the effect of printing temperature parameters, printing speed and layer height on the mechanical properties of polylactic acid based splines. Universal material testing machine was uesd to measure the mechanical properties of the spline, it is found that when choosing a 30mm per second printing speed, 0.2 mm preset layer height, 230 ℃nozzle temperature, 60 ℃ bed temperature, the spline can achieve stronger tensile strength; when choosing a preset layer height of 0.6 mm, a printing speed of 70 mm / s, extrusion temperature of 210 ℃and a bed temperature of 40 ℃, the spline height dimension error get its minimum within the selected rage.

Key Words:PLA ;3D printing; FDM; mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 生物降解高分子简介 2

1.3 生物降解高分子材料的研究进展 2

1.3.1 聚乳酸基高分子材料改性 2

1.3.2 聚己内酯基高分子材料改性 4

1.4 3D打印简介 5

1.4.1 立体光刻成型技术SLA 5

1.4.2 叠层制造LOM 5

1.4.3 选择性激光烧结成型SLS 6

1.4.4 三维印刷技术3DP 6

1.4.5 熔融层积成型FDM 7

1.5 3D打印的参数及工艺研究 8

1.5.1 3D打印熔体模型 8

1.5.2 打印过程中的参数影响 8

1.5.3 打印样条的原位热处理 8

1.5.4 样品性能测试与分析 9

1.6 实验研究内容 9

第二章 实验材料与方法 10

2.1 实验设备及材料 10

2.2 实验制备方法和测试表征 10

2.2.1 单因素实验 10

2.2.2 正交试验设计 11

2.2.3 拉伸样条制备 12

第三章 实验结果与讨论 15

3.1测试结果与数据 15

3.2 最优参数实验验证 18

3.3 实验现象讨论 18

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1980年代，一种有别于传统2D印刷的快速成型技术（Rapid Prototyping,RP）问世，当它一出现，就改变了工业化制造的潮流。经过几十年的发展，3D打印技术已经取得了长足进步，它类似于平面打印，但创新点在于通过逐层累加材料的制造过程实现了立体制造，大幅简化了复杂，特殊产品的制作工序，还可以简少产品零件数，降低工作复杂度，为工业制造带来了极大的帮助。3D打印突出产品的小型化，精细化，定制化特点，在生物医药，航空航天等各种领域十分活跃，为人们的研究和生产提供了便利。

FDM成型技术作为一种方便快捷的3D快速成型技术，具有诸多优点，如没有化学物质污染，操作简单，打印线材以卷的形式提供使得搬运和更换更简单，打印线材的选择性也广等。但该技术也存在一些问题，打印的工件质量如力学性能，表面质量和粗糙度、尺寸精度等还需进一步优化^[1]。

在生物医学领域，有与高分子材料相关的许多应用，目前我们已经探索出了诸如聚乳酸（Ploylactic acid），聚己内酯(Polycaprolactone)等一系列具有良好生物相容性的可用材料，并不断研究改性等方式，提高这些材料在医学方面的可应用性。

聚乳酸（PLA）别称聚丙交酯，主要获得方式多样，例如淀粉发酵等，可以通过农产品大量获取，聚乳酸具有一定的韧性，是有良好透明性的热塑性材料。最重要的是它具备生物降解的特性，在人体内可通过酶的作用分解为水和CO₂，是完全无毒的高分子材料^[2]。

聚己内酯（PCL）是经由ε-己内酯单体开环聚合得到的聚酯类化合物，它在人体内具有一定的降解速率，玻璃化转变温度为零下六十摄氏度，熔点为六十摄氏度左右，在较低的温度下即可具有极大的延展性和可加工性。过往研究表明，PCL不仅具有优秀的生物相容性、生物降解性，还与多种高分子材料如PP,PE等有很好的相容性，同时可以溶于芳香化合物，酮类，极性溶剂中^[3][4]。

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