20617

۲۰۶۱۷

استفاده از بايندرهاي پليمري زيست سازگار در ساخت قطعات كلسيم فسفاتي به روش چاپگر سه بعدي بايندر جت

كارشناسي ارشد

سراميك

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۱/۳۱

دكتر جعفر جواد پور - دكتر حميدرضا رضايي

مواد و متالورژي

هدف از اين پژوهش استفاده از بايندرهاي پليمري زيست¬سازگار به منظور پرينت قطعات كلسيم¬ فسفاتي با فرآيند بايندر جت (يكي از روش¬هاي ساخت افزايشي) است. با توجه به پودري بودن مواد اوليه مورد استفاده در اين فرآيند، تمركز پژوهش بر آماده سازي پودرهاي كلسيم فسفاتي قابل پرينت مي¬باشد. بدين منظور از پودر هيدروكسي¬آپاتيت و پليمرهاي محلول در آب كربوكسي¬متيل كيتوسان، دكسترين و پلي¬وينيل پيروليدون بهره گرفته شد. اختلاط بين پودر سراميكي و پليمرها به دو روش خشك و تر و با نسبت¬هاي وزني مختلف، انجام شد. با توجه به اهميت نسبت اختلاط سراميك و پليمر و تاثير خواص پودر مورد استفاده بر خواص قطعه نهايي پرينت شده، ويژگي¬هايي از پودر همچون اندازه و توزيع اندازه ذرات، چگالي و جريان¬يابي مورد بررسي قرار گرفته و براي ايجاد پودري با قابليت پرينت مناسب بهينه سازي شدند. نتايج حاصل نشان داد تركيبي متشكل از 60% هيدروكسي¬آپاتيت، 28% كربوكسي¬متيل كيتوسان، 10% دكسترين و 2% پلي-وينيل پيروليدون با عدد پهناي اندازه ذرات 28/2، چگالي ظاهري 06/1 گرم بر سانتي¬متر مكعب و نرخ هاسنر 26/1 داراي بهترين كيفيت پرينت است. در نهايت با استفاده از اين تركيب و حلال پايه آبي موجود در دستگاه بايندر جت، قطعه¬اي استوانه¬اي پرينت شد. سپس از عمليات پردازش شامل غوطه¬وري در محلول كيتوسان به منظور افزايش استحكام بهره گرفته شد. مشخصه¬يابي اين قطعات با آزمون¬هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيف¬سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR)، پراش اشعه ايكس (XRD) و آزمون استحكام فشاري انجام شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي قطعات اندازه تخلخل¬هايي عمدتا در محدوده¬ي 40-130 ميكرومتر را نشان داد. الگوي پراش اشعه ايكس قطعات، پيك¬هاي مشخصه¬ي هيدروكسي¬آپاتيت را نشان داد. اين در حالي است كه پيك¬هاي مربوط به پليمرها با شدت بسيار كم در حدود 2θ برابر با 20 درجه ديده شد. با توجه به طيف FTIR نمونه¬ها، پيوندهاي هيدروكسي¬آپاتيت و پليمرها مشاهده شد. خواص مكانيكي قطعات از جمله استحكام فشاري و مدول الاستيسيته با غوطه¬وري لحظه¬اي در محلول 5/0 درصد وزني كيتوسان در مقايسه با نمونه پرينت شده بدون هيچگونه عمليات پردازش، به ترتيب از 3/1 و 10 مگاپاسكال به 4/7 و 125 مگاپاسكال افزايش يافت. همچنين درصد تخلخل مجموع قطعات پرينت شده در محدوده¬ي 40-45% بود كه پس از غوطه¬وري در محلول كيتوسان به 30-36% كاهش يافت. ¬ واژه‌هاي كليدي: ساخت افزايشي، بايندر جت، هيدروكسي¬آپاتيت، كربوكسي¬متيل كيتوسان، قابليت پرينت

1398/03/21

The use of biocompatible polymeric binders in manufacturing of calcium phosphate components using Binder Jetting Additive Manufacturing

4/20/2019 12:00:00 AM

In this study the novel hydroxyapatite/carboxymethyl chitosan/dextrin/polyvinyl pirrolidone composites were printed through binder jetting technique. In binder jetting process, the solid is created by the reaction of a liquid selectively sprayed onto a powder bed. The aim of this research is looking at the link between key powder parameters (particle size, particle size distribution, flowability) and printing accuracy to preparation a printable powder. Ceramic and polymers powder with different weight ratio were mixed in two dry and wet methods. The powder was then characterized to evaluate the printability. Result showed that the combination of 60% hydroxyapatite. 28% carboxymethyl chitosan, 10% dextrin and 2% polyvinyl pirrolidone, having size witdth in the range of 2.28 is the most printable composition. A cylindrical composite sample was printed using this compositon. Then proceesing was carried out using flash dipping in chitosan solution to increase strength. Characterization of these samples was performed by scanning electron microscopy (SEM), infrared Fourier transform (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and compressive strength test. SEM observation showed pores with pore diameters in the range of 40-130 µm. FTIR and X-ray diffraction results demonstrated the composite components. The mechanical properties of components such as compressive strength and modulus of elasticity increased from 3.1 and 10 MPa to 7.4 and 125 MPa, respectively by flash dipping in chitosan solution compared to the printed sample without any processing operations. Also, the porosity percentage of all printed parts was in the range of 40-45%, which decreased to 30-36% after flash dipping in chitosan solution. Keywords: Binder Jetting, Hydroxyapatite, Carboxymethyl Chitosan, Printability, Optimization powder parameters