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深度解析:3D打印技术与高分子材料

光固化立体印刷制备生物可降解支架材料的高分子原料包括光敏分子修饰的聚富马酸二羟丙酯(PPF)聚(D,L-丙交酯)(PLA)聚( -己内酯)(PCL)、聚碳酸酯、以及蛋白质多糖等天然高分子. 为了降低液态树脂原料的黏度,还需要加入小分子的溶剂或稀释剂,常用的如可参与光聚合反应的富马酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP),以及不参与聚合反应的乳酸乙酯,该技术获得的3D成型材料具有可调控的孔尺寸孔隙率贯通性和孔分布。

熔融沉积成型

熔融沉积成型( FDM) 是采用热熔喷头,使得熔融状态的材料按计算机控制的路径挤出沉积,并凝固成型,经过逐层沉积凝固,最后除去支撑材料,得到所需的三维产品。FDM技所使用的原料通常为热缩性高分子,包括ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等.该技特点是成型产品精度高表面质量好成型机结构简单无环境污染等,但是其缺点是操作温度较高。

近年来,利用FDM技术制备生物医用高分子材料也受到越来越多的重视,尤其是以脂肪族聚酯为原料制备生物可降解支架材料,取得了相当多的进展。材料的性质受到压力梯度熔体流速温度梯度等影响,聚酯与无机粒子的复合物也能用于熔融沉积成型制备3D支架材料。

深度解析:3D打印技术与高分子材料

选择性激光烧结

选择性激光烧结(SLS)是采用激光束按照计算机指定路径扫描,使工作台上的粉末原料熔融粘结固化。当一层扫描完毕,移动工作台,使固化层表面铺上新的粉末原料,经过逐层扫描粘结,获得三维材料。与SLA技术通过紫外光逐层引发液态树脂原料发生聚合或交联反应不同,SLS技是通过激光产生高温使粉末原料表面熔融相互粘结来形成三维材料。SLS技术常用的原料包塑料陶瓷金属粉末等。其优点是加工速度快,无需使用支撑材料,但缺点是成型产品表面较糙,需后处理,加工过程中会产生粉尘和有毒气体,而且持续高温可能造成高分子材料的降解,及生物活性分子的变形或细胞的凋亡,该技术不能用于制备水凝胶支架。以生物可降解高分子为原料,利用SLS技术,也是制备外部形态和内部结构可控3D医用高分子材料的有效途径。对支架性能产生影响的主要参数包括颗粒尺寸激光能量激光扫描速率部分床层温度等。

深度解析:3D打印技术与高分子材料

3D打印技术高分子材料应用介绍

(1)机械制造:3D打印技术制造飞机零件、自行车、步枪、赛车零件等。

(2)医疗行业:在医学领域,借助3D打印制作假牙,股骨头、膝盖等骨关节技术应用也非常广,技术越来越成熟。

(3)建筑行业:工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,同时制作精美,完全合乎设计者的要求。同时又能节省大量材料。

(4)汽车制造行业:用3D打印技术为汽车公司制造自动变速箱的壳体。汽车公司会对变速箱进行各种极端状况下的测试,其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后,再开模具,然后按照传统制造方法批量生产.这样成本就会大大降低。

结语

3D打印技术代表制造业发展新趋势,它和其他一些数字化生产模式的涌现将推动实现第三次工业革命。可以充分应用高分子材料的成型技术中,制备复杂的一体化高分子材料器件,高分子医用行业将成为3D打印技术带来发展机遇,同时高分子材料将为3D打印技术提供轻质、高强、耐腐蚀的特点。

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