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          生物材料在3D打印中的應用

          7035人已瀏覽 時間 : 2018-10-24 17:04:03

          導語:3D打印正由工業化用途越來越趨向于民用化用途。對于耗材,人們要求它更環保,更健康,而生物材料恰恰可以滿足這種需要。生物材料正火熱地應用于3D打印,而且不同的3D打印工藝,對生物材料的選擇也有所不同。我們一起看一下如何為熔融沉積成型(FDM)、光固化立體成型(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)以及層片疊加成型(LOM)等3D打印加工工藝選擇適宜的生物材料。生物材料品種很多,…

          3D打印正由工業化用途越來越趨向于民用化用途。對于耗材,人們要求它更環保,更健康,而生物材料恰恰可以滿足這種需要。生物材料正火熱地應用于3D打印,而且不同的3D打印工藝,對生物材料的選擇也有所不同。我們一起看一下如何為熔融沉積成型(FDM)、光固化立體成型(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)以及層片疊加成型(LOM)等3D打印加工工藝選擇適宜的生物材料。

          生物材料品種很多,其分類方法也很多。生物材料包括金屬材料(如堿金屬及其合金等)、無機材料(生物活性陶瓷,羥基磷灰石等)和有機材料三大類。有機材料中主要是高分子集合物材料,高分子材料通常按材料屬性分為合成高分子材料(聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫用合成塑料和橡膠等)、天然高分子材料(如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等)。

          不同生物材料各有千秋

          聚乳酸(PLA)是FDM使用最常規并且用量最大的耗材,具有優良的力學性能、加工成型性、透明性、尺寸穩定性、可降解性和生物相容性。但是純PLA韌性較差、脆性高,成型制品易碎裂,不耐熱。目前有大量的研究人員在進行PLA改性的研究,PLA基材的3D打印耗材歷久彌新。

          聚乙烯醇(PVA)是一種生物降解的合成聚合物,其最大的特點就是它的水溶性。它通常在3D打印過程中作為支撐材料使用,在打印過程結束后,支撐部分能在水中完全溶解。有效解決了打印懸空問題,同時又避免了后處理的麻煩,與PLA耗材堪稱完美配合。

          以低聚物乳酸多元醇、異氰酸酯等為主要原料,經平行雙螺桿擠出機合成不同硬段含量不同分子量的生物可降解TPU,也成為近年來熱門的3D打印耗材。TPU材料具有高伸長、高強度、低回彈、透明度高、生物降解性好等特點,并且生物基聚乳酸多元醇的含量越高,其降解速率越快;生物基聚乳酸多元醇分子量(1000-4000)越大,其降解速率越快。此產品用來做PLA的增韌劑具有優異的增韌效果。同時,也可單獨制作成3D打印耗材。

          金屬材料及無機材料則一般用于SLS中,利用粉末狀材料在激光照射下燒結,在電腦控制下按照介面輪廓信息進行有選擇的燒結,層層堆積。目前成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉,用金屬粉或陶瓷粉進行燒結的工藝還在研究之中。

          聚己內酯(PCL)具有超低的玻璃化溫度Tg(約-60℃),因此在室溫下呈橡膠態。熔點59-64℃,具有低溫熱塑性。在3D打印中,由于它熔點低,所以并不需要很高的打印溫度,從而達到節能的目的。

          同時,由于聚己內酯的熔點低,它可以有效讓人員在操作時避免燙傷,并越來越多地應用于3D打印筆。另外,因為其具有形狀記憶的特性,它使得打印出來的東西具有“記憶”,在特定條件下可以使其恢復到原先設定的形狀。在醫學領域,可用來打印心臟支架等。

          此外,生物基光敏樹脂也常應用于光固化快速成型中。它主要是一類由低聚物、單體、光引發劑、助劑混配制成的樹脂。它能在較短時間內迅速發生物理和化學變化,進而實現交聯固化。其優點在于成型精度極高、品質好;成型物體表面光滑且成型速度快。

           

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