Engineering综述文章：可用于生物植入物开发的增材制造材料

2020-11-18 09:36

本文提出了软硬集成4D增材制造材料的概念，人体系统中柔软和坚硬的生物结构融合并一同发挥功能，从而实现了类似太极阴阳刚柔并济的平衡。研究人员打印出具有不同力学性能的构件，可匹配适用于多种生物植入物，例如牙齿，骨板，软骨，韧带等。这种方法为制备复杂的，具有梯度力学性能的生物植入物提供了新的思路。

目前通过混合陶瓷前体／陶瓷材料实现的软硬集成4D 增材制造概念，有望扩展到其他二元或多组元系统。在多材料打印等技术的辅助下，更多具有功能梯度界面的软硬集成结构产品值得期待。随着2D／3D／4D增材制造材料的发展和集成，将会有更多有创新性的生物植入物开发出来，以适应人体系统中复杂而动态的生物环境。

在未来的研究中，多材料打印的技术将不仅适用于打印主体材料，还适用于打印支撑材料及介质材料。随着不同模量材料的墨水系统的开发，仿生杂化材料系统将会在突破强度韧性不可兼得的普遍矛盾上取得广泛的结构应用。多维度增材制造，增材／减材制造技术的集成，以及预应力工程的应用，将会为增材制造材料和技术的学术研究和工业应用提供广阔的发展机会。

吕坚教授简介

吕坚教授现任香港城市大学（研究及科技）副校长及研究生院院长，机械工程学院讲座教授，先进结构材料研究中心主任，香港工程科学院院士，法国国家技术科学院院士。2006年及2017年曾两次获得由法国总统亲自任命的“法国政府颁授法国国家荣誉骑士勋章”及“法国国家荣誉军团骑士勋章”，2018年获得“中国工程界最高奖”第十二届光华工程科技奖。吕坚教授的研究方向涉及先进纳米结构材料的制备和力学性能，实验力学，材料表面工程和仿真模拟，生物与仿生材料力学，航空航天材料与结构预应力工程，3D打印先进材料与产品集成设计等。