熱延伸3Dプリンティングした生体用高分子材料の結晶構造の解明と骨類似機能制御

阐明热拉伸3D打印生物高分子材料的晶体结构和类骨功能控制

• 批准号: 22K04745
• 负责人: 福田 英次
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yuge National College of Maritime Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04745/
• 关键词: ポリエーテルエーテルケトン; 3Dプリンタ; ３Dプリンタ; 生体材料

ポリエーテルエーテルケトンは高分子材料のひとつで、生体適合性や生体機能性に優れていることから、医療デバイスとして使用されている。本研究では、高分子材料を溶融状態にした後、素早く、薄く引き伸ばしながら積層することで立体造形体を得る熱延伸3Dプリンティングという手法を確立することで、ポリエーテルエーテルケトンの高強度化および骨類似機能化を目指すとともに、熱延伸3Dプリンティングで得られる造形体の結晶構造（結晶化度や配向性など）が機械的性質（強度や力学的異方性など）に及ぼす影響とそのメカニズムを明らかにすることを目指している。令和４年度は、主として結晶構造や機械的性質の分析に資する種々の造形条件（ノズル温度、テーブル温度、積層ピッチ、ノズルの走査速度、ノズルの走査パターン）で熱延伸３Dプリンティングした造形体およびその後アニーリング処理した造形体を作製した。新たなスライスソフトを導入したため、これまでとは異なるノズルの走査パターンでの造形が可能となった。得られた造形体について、実体顕微鏡を用いて積層間の接合状況および走査間の接合状況を観察した。また、造形環境を考慮して、フィラメント乾燥供給システムの設置および造形装置内の保温性を高めるため、アルミフレームとアクリル板を用いて３Dプリンタ全体を覆うなどの工夫を施した。フィラメントの乾燥および装置内保温性を高めることで造形の繰り返し精度および安定性が向上した。

聚醚醚酮是一种高分子材料，由于其优异的生物相容性和生物功能而被用作医疗器械。在这项研究中，我们建立了一种称为热拉伸 3D 打印的方法，该方法通过熔化聚合物材料，然后将其快速拉伸并分层以创建三维物体。除了以类似的功能为目标外，我们还将阐明热拉伸3D打印获得的成型物体的晶体结构（结晶度、取向等）对机械性能（强度、机械各向异性等）的影响和机制。我们的目标是让这一切成为可能。 2020财年，我们将主要关注各种打印条件（喷嘴温度、工作台温度、堆叠间距、喷嘴扫描速度、喷嘴扫描图案）下的热拉伸3D打印物体，这有助于分析晶体结构和机械性能。生产出退火成型体。通过引入新的切片软件，现在可以使用与以前不同的喷嘴扫描图案进行打印。对于所获得的成形体，使用立体显微镜观察层压层之间的接合状况和扫描之间的接合状况。此外，考虑到打印环境，我们安装了耗材干燥供给系统，并使用铝框和亚克力板覆盖整个3D打印机，以提高打印设备内部的保温性。通过增加灯丝的干燥和装置内部的保温，提高了建模的重复性和稳定性。