PEEK材料的人工颅骨多点成型工艺参数优化

胡章咏，刘 志，董守勋，刘 奇

（黄冈师范学院机电与汽车工程学院，湖北 黄冈 438000）

1 前言

人体骨骼创伤修复一直备受关注，医疗领域对人工骨需求量不断增加。特种工程塑料聚醚醚酮（poly-ether-ether-ketone，简称PEEK）具有优异的耐磨性、生物相容性、化学稳定性以及杨氏模量接近人骨等优点，适合替换人骨长期植入人体[1-2]，并在动物的骨骼修复实验[3]和人类骨科临床上均有大量实践[4]。

多点成型是一种先进的板材三维曲面数字化柔性成型技术，模具的离散化是板材柔性成型的关键，它将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体，如图1所示。通过控制其轴向位置构造出成形面，实现板材三维曲面的柔性成型方法[5-7]。多点成型技术发展迅速，其调形精度和重构模具的可靠性均取得了较大的进步[7-9]。

图1 传统模具与多点成型基本原理Fig.1 The Basic Principle of Traditional Mould and Multi-Point Forming

塑料热压成型一般做法是采用传统模具成型，个性化生产成本非常高[10]。PEEK常见的成型方式主要是注射成型和挤出成型，而且也有报道将其应用于增材制造领域[11]，本研究将多点成型热压技术应用于PEEK材料的人工颅骨生产中，可以缩短产品生产周期，降低生产成本，实现产品的个性化定制。工艺参数是多点成型质量的重要影响因素，合理选择工艺参数是多点成型的关键问题，采用实验的方法来选择合适的工艺参数费时、费力、费钱，所以采用有限元数值模拟仿真技术是获取多点成型规律的经济有效手段之一[7]，PEEK 材料的本构模型建立和有限元建模过程中的适当简化处理是进行数值模拟的难点。……