生物医用聚醚醚酮的激光加工表面仿真与实验验证
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山东省自然科学基金资助项目(ZR2023ME077,ZR2023MC140);济南大学 2024 年学科交叉会聚建设项目(XKJC-202406)


Laser Processing Surface Simulation and Experimental Verification of Biomedical Polyetheretherketone
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    摘要:

    为实现对聚醚醚酮(PEEK)材料表面的精准加工,文中以天然牛股骨表面占比最大的微沟槽尺寸为参考基准,开展激光参数优化。 通过在 COMSOL 软件中将固体传热与变形几何深度耦合,探究不同激光输出功率与扫描速度下,激光烧蚀尺寸形貌的演变规律。 结合烧蚀模型表面热影响程度及温度场分布特性,对激光输出功率和扫描速度的参数区间进行优化,有效降低了后续激光加工实验的探索成本与工作量。 结合烧蚀形貌,最终确定采用输出功率1.4 W、扫描速度 80 mm/ s、扫描频率 90 kHz 的激光参数加工 PEEK 材料微织构,成功制备出深度约 40 μm、宽度约 60 μm 的微织构,与目标尺寸高度契合,为后续深入开展激光表面改性技术研究、提升 PEEK 材料表面性能提供了重要的理论依据与技术支撑。

    Abstract:

    To achieve precise surface processing of polyether ether ketone (PEEK) materials, this study took the micro-groove dimensions with the largest proportion on the surface of natural bovine femurs as a reference benchmark to optimize laser parameters. By deeply coupling solid heat transfer and deformation geometry in COMSOL software, the evolution laws of laser ablation dimensions and morphologies at different laser output powers and scanning speeds were explored. Combining the thermal influence degree on the ablation model surface and the distribution characteristics of the temperature field, the parameter ranges of laser output power and scanning speed were optimized, effectively reducing the exploration cost and workload of subsequent laser processing experiments. Meanwhile, based on specific ablation morphologies, laser parameters of 1.4 W output power, 80 mm/ s scanning speed, and 90 kHz scanning frequency were finally determined for processing microtextures on PEEK materials. Micro-textures with a depth of approximately 40 μm and a width of approximately 60 μm were successfully fabricated, showing high consistency with the target dimensions. This study provides important theoretical foundations and technical support for subsequent in-depth research on laser surface modification technologies and the improvement of PEEK material surface properties.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

赵建祥, 桑顺恒, 闫续中, 高冬芳, 赵洋洋, 乔 阳.生物医用聚醚醚酮的激光加工表面仿真与实验验证[J].高分子材料科学与工程,2026,42(5):83-93. Jianxiang Zhao, Shunheng Sang, Xuzhong Yan, Dongfang Gao, Yangyang Zhao, Yang Qiao. Laser Processing Surface Simulation and Experimental Verification of Biomedical Polyetheretherketone[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(5):83-93.

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