ارزیابی خواص حرارتی و ساختاری قطعات پلی‌لاکتیک اسید تولید شده به روش لایه نشانی مذاب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 15، شماره 4 - شماره پیاپی 59، اسفند 1400، صفحه 77-85   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/apme.2021.1892982.1979

نویسندگان

محسن خلیلیان¹؛ سعید گلابی²؛ محمد خدائی^{* 3}

¹دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.

²استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.

³استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان، ایران.

چکیده

کاشتنی­های پلی لاکتیک اسید به واسطه خواص زیست‌تخریب‌پذیری و مکانیکی مطلوب، گزینه مناسبی برای مهندسی بافت استخوان می­باشند. در این مطالعه، پس از مطالعه خواص ساختاری و حرارتی پلیمر پلی لاکتیک اسید توسط آزمون­های طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، آنالیز گرماسنجی افتراقی، آنالیز توزین حرارتی و آزمون پراش پرتوی ایکس، محدوده دمای مناسب پرینت سه بعدی به روش لایه نشانی مذاب تعیین شده و کاشتنی صلب پلی لاکتیک اسید (PLA) به روش لایه نشانی مذاب (FDM) در سه دمای مختلف 200، 210 و 220 درجه سانتی‌گراد به شکل نمونه استاندارد آزمون کشش، ساخته شدند. نتایج آنالیز حرارتی و فازیابی توسط پراش پرتوی ایکس نشان داد که دمای انتقال شیشه­ای (T_g) این پلیمر ^◦C 64 و دمای ذوب آن ^◦C 170 بوده و ساختاری شبه بلوری دارد. نتایج توزین و آزمون کشش نشان داد که در این محدوده دمایی، با افزایش دمای پرینت، نمونه­ها سنگین­تر و از استحکام بالاتری برخوردار و تنش شکست قطعات بالاتر می­باشد. همچنین برای بررسی بیشتر تأثیر دمای لایه نشانی مذاب، از سطح نمونه­ها تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM گرفته شد، تصاویر میکروسکوپی نشان می­دهد با افزایش دمای پرینت، پخش شدن ناهمگن مذاب و سطح نمونه خشن­تر می­باشد. نتایج نشان می­دهد، دمای 210 درجه سانتی‌گراد دمای بهینه برای پرینت پلیمر پلی لاکتیک اسید (PLA) می­باشد.

کلیدواژه‌ها

مهندسی بافت استخوان؛ تکنیک لایه نشانی مذاب؛ کاشتنی پلی لاکتیک اسید؛ دمای پرینت

مراجع

[1] C. E. Corcione, F. Gervaso, F. Scalera, S. K. Padmanabhan, M. Madaghiele, F. Montagna, A. Sannino, A. Licciulli & A. Maffezzoli, "Highly loaded hydroxyapatite microsphere/ PLA porous scaffolds obtained by fused deposition modeling", Ceramics International, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.297.

 

[2] W. Lin, H. Shen, G. Xu, L. Zhang, J. Fu & X. Deng, "Single-layer temperature-adjusting transition method to improve the bond strength of 3D-printed PCL/PLA parts", Composites Part A, vol. 115, pp. 22-30, 2018.

 

[3] K. Kun, "Reconstruction and development of a 3D printer using FDM technology", Procedia Engineering, vol. 149, pp. 203–211, 2016.

 

[4]. M. Rinaldi, T. Ghidini, F. Cecchini, A. Brandao & F. Nanni, "Additive layer manufacturing of poly (ether ether ketone) via FDM", Composites Part B, 2018, doi: 10.1016/j.compositesb.2018.03.029.

 

[5] F. Shady, et al. "Physical and Mechanical Properties of PLA, and Their Functions in Widespread Applications — A Comprehensive Review", Advanced Drug Delivery Reviews, vol. 107, pp. 367–92, 2016.

 

[6] M. Murariu & P. Dubois, "PLA composites: From production to properties", Advanced Drug Delivery Reviews, vol. 107, pp. 17-46, 2016.

 

[7] G. Gomez-Gras, R. Jerez-Mesa, J. A. Travieso-Rodriguez & J. Lluma-Fuentes, "Fatigue performance of fused filament fabrication PLA specimens", Materials & Design, 2017, doi:10.1016/j.matdes.2017.11.072.

 

[8] T. Rimpongpisarn, W. Wattanathana, K. Sukthavorn, N. Nootsuwan, Y. Hanlumyuang, C. Veranitisagul & A. Laobuthee, "Novel luminescent PLA/MgAl₂O₄: Sm³⁺ composite filaments for 3D printing application", Materials Letters, vol. 237, pp. 270–273, 2019.

 

[9] J. O. Akindoyo, M. D.H. Beg, S. Ghazali, H. P. Heim & M. Feldmann, "Impact modified PLA-hydroxyapatite composites-Thermo-mechanical properties", Composites Part A, vol 107, pp. 326–333, 2018.

 

[10] D. Wu, A. Spanou, A. Diez-Escudero & C. Persson, "3D-printed PLA/HA composite structures as synthetic trabecular bone: A feasibility study using Fused Deposition Modelling", Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103608.

 

[11] R. A. Wach, P. Wolszczak & A. Adamus-Wlodarczyk, "Enhancement of Mechanical Properties of FDM-PLA Parts via Thermal Annealing", Macromolecular Materials and Engineering, vol. 1, pp. 1800169, 2018.

 

[12] م. خورسندقاینی، ع. صادقی اول شهر، س. نوخاسته، ا. م. مولوی و ح. امینی مشهدی، "بررسی خصوصیات حرارتی کامپوزیت پلی لاکتیک اسید با ذرات شیشه زیست فعال 45S5 و هیدروکسی آپاتیت (HA) به منظور استفاده در پیچ‌های تداخلی قابل‌جذب"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 11 ، شماره 4، 55-65، 1396.

 

[13] S. Mohammadian-Gezaz, I. Ghasemi & A. R. Oromiehie, "Crystallization Behavior of PA6 in ABS/PA6 Blends Prepared by In Situ Polymerization and Compatibilization Method", Iranian Journal of Polymer Science and Technology, vol. 22, pp. 469-482, 2010.

 

[14] F. Alam, V. Raj Shukla, K. M. Varadarajan & S. Kumar, "Microarchitected polylactic acid (PLA) nanocomposite scaffolds for biomedical applications", Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103576.

 

[15] م. خدائی و ر امینی نجف‌آبادی، "آنیزوتروپی خواص مکانیکی داربست‌های پلی لاکتیک اسید تولید شده به روش لایه نشانی مذاب برای مهندسی بافت استخوان"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، آماده انتشار.