形状记忆聚合物在4D打印技术下的研究及应用

为了打破传统3D打印的静止约束,增加打印结构的可变形性和可设计性,4D打印的相关研究逐渐兴起. 综述了4D打印技术的发展和原理,总结了熔融沉积技术、立体光固化成型技术、聚合物喷射技术和直写技术这4种常见的打印方式的工作方式以及它们对材料的不同需求. 从外界不同激励的角度,对形状记忆聚合物的变形方式、机理及回复程度等进行分析与总结,对形状记忆聚合物目前存在的关键科学难点和未来的发展方向进行总结. 使用形状记忆聚合物的4D打印形状记忆智能结构在微创生物医学、机器人、柔性电子制造等研究领域已经有了应用,并表现出良好前景.     

4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究现状和应用进展

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能机器人、柔性电子等高科技产业开创了全新的和智能化的发展方向.本文首先介绍4D打印技术的兴起和发展,以及5种新兴聚合物打印技术（光辅助打印、磁辅助打印、连续纤维打印、容积3D打印、多材料多喷头打印）的研发;其次从热、电、磁、光驱动4个方面综述了近几年4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究进展及潜在应用,总结了适用于4D打印的形状记忆聚合物及其复合材料的制备方式及性能;然后介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的4D打印结构在生物医疗、航空航天、智能器件及仿生领域的应用研究;最后指出4D打印在打印技术、打印材料、驱动方式和应用验证4个方面存在的问题及未来发展方向.     

增材制造可降解人工骨的研究进展——从外形定制到性能定制

频繁的创伤、肿瘤切除等引起的骨缺损导致人们对人工骨的需求大大增加,可降解人工骨越来越受到研究人员的重视.结合课题组在过去5年的研究,回顾骨修复材料的背景和发展现状,总结无机骨修复材料（生物活性陶瓷）和骨修复支架的制造方法,尤其是基于增材制造（3D打印）的方法.重点阐述3D打印可降解人工骨用于骨组织修复及再生在力学性能、成骨性能、降解性能和生物活性等几个方面的研究现状,并对可降解人工骨的未来发展方向作了展望.目前人工骨定制已经从简单的形状定制逐步过渡到骨性能定制,人工骨的个性化定制将是今后的研究重点.     

增材制造可降解人工骨的研究进展——从外形定制到性能定制

频繁的创伤、肿瘤切除等引起的骨缺损导致人们对人工骨的需求大大增加,可降解人工骨越来越受到研究人员的重视.结合课题组在过去5年的研究,回顾骨修复材料的背景和发展现状,总结无机骨修复材料(生物活性陶瓷)和骨修复支架的制造方法,尤其是基于增材制造(3D打印)的方法.重点阐述3D打印可降解人工骨用于骨组织修复及再生在力学性能、成骨性能、降解性能和生物活性等几个方面的研究现状,并对可降解人工骨的未来发展方向作了展望.目前人工骨定制已经从简单的形状定制逐步过渡到骨性能定制,人工骨的个性化定制将是今后的研究重点.     

3D打印技术对视觉造型设计的影响

3D打印是实现数字化制造的关键技术,为视觉造型设计带来了无限的可能与广阔的发展前景.通过研究3D打印技术在视觉造型设计领域地应用,探讨了3D打印对传统设计制造、设计材料、传统动画产业重塑等方面带来的深刻影响,以及3D打印技术优越性分析.有助于我们更好地掌握技术,运用艺术,实现技术与艺术地高度统一与完美结合,以便为视觉造型设计的过程与艺术产品地开发提供新的思路.     

颗粒材料在骨组织工程中的应用

由于颗粒材料不仅能够对骨组织生物支架的孔隙率、孔径、表面积和力学性能进行控制,而且还具有混合释放生物活性分子和并作为细胞载体的优势,因此,颗粒状生物支架必将成为一种更有效的骨组织再生材料。文中主要介绍了颗粒材料目前在骨修复工程中的应用情况,并对骨组织及其修复过程做了简要的总结,最后提出把颗粒材料、细胞以及力生长因子的有效组合是实用的骨组织工程策略。     

3D打印技术的应用与发展

3D打印技术是一种新型的制造加工技术,越来越受到机械加工领域工作者的重视.3D打印技术体系中比较流行的3D打印技术工艺包括FDM、LOM、SLA、SLS等,.3D打印技术除应用于设计模型、功能制造模型、实验分析模型外,还可广泛应用于航空、医疗、建筑、艺术行业.目前3D打印所面临缺乏技术创新、成本增加、价格昂贵等挑战与机遇.3D打印技术将对机械制造行业产生深刻变革,从根本上实现传统制造向智能绿色制造的转变.     

生物陶瓷3D打印技术研究进展

本文概述了生物陶瓷3D打印领域的技术研究进展,阐述了生物陶瓷的分类和特点,以及3D打印技术同传统加工工艺相比所具有的优势,综述了国内外专家在成型材料、性能优化和骨建模及成型技术方面所做出的研究,并对其应用和发展前景做了总结.     

3D打印在软骨组织损伤修复中的应用进展

近年来,由于机械性创伤或骨病等原因造成的软骨损伤已成为一种普遍疾病,严重威胁着人类的健康. 目前临床可行的治疗方案大多是从表面上愈合损伤,并不能促进细胞增殖分化并形成具有生物活性和力学特性的透明软骨组织. 本文就软骨损伤修复的研究进展,分别介绍了3D打印在软骨组织工程中的应用进展、软骨组织三维建模方法以及软骨组织快速成型方法. 3D打印技术在软骨组织工程方面研究的不断进步,将会为人类健康事业的发展做出贡献.     

基于3D打印技术的聚乳酸复合材料研究

3D打印技术在近几年发展十分迅速,因其操作方法简单,制造速度快等优点,逐渐应用到各行各业。聚乳酸作为一种优良的可生物兼容可降解材料,因其成型温度和成型工艺良好,成为了3D打印技术最常用的原材料之一。随着人们生活水平的提高,对于3D打印材料的要求也越来越高,这使得以聚乳酸为主的新型复合材料在近些年来发展迅速。聚乳酸与其他材料复合生成新型复合材料,可以弥补聚乳酸本身硬度低、导电性能差等缺点,通过熔融沉积成型技术,能够满足人们对不同领域的不同需求,使得3D打印的应用领域不断扩大,也使得以聚乳酸为主体的复合材料拥有巨大的发展前景。     

4D printed shape memory polymers and their structures for biomedical applications

Shape memory polymers are smart materials that produce shape changes under external stimulus conditions. Four-dimensional (4D) printing is a comprehensive technology originate from deformable materials and three-dimensional (3D) printing technology. At present, 4D printed shape memory polymers and shape-changing structures have been applied in various fields, especially in the field of biomedical science. 4D printing technology has made a breakthrough of personalized customization in the traditional medical field, providing a new direction for the further development of the biomedical field. In this review, the recent research and development of shape memory polymer, 3D printing technology, 4D printed shape memory polymers and shape-changing structures in biomedical area are present. The examples and applications of 4D printed shape memory polymers and their structures in the area of biomedical are also introduced. Based on 4D printing, stimulated by different conditions, 3D printed objects can be fabricated into various biomedical applications such as cell scaffolds, vascular stents, bone scaffolds, tracheal stents and cardiac stents by different 3D printing techniques. Finally, the application prospects, existing technical restriction and future development directions of 4D printed shape memory polymers and their structures in the biomedical field are summarized.     

Recent progress in 4D printing of stimuli-responsive polymeric materials

4D printing is proposed based on the additive manufacturing of stimuli-responsive materials and structures, which can realize shape changing upon external stimuli. This article reviews the 4D printing methods and actuating performances of 4D printing structures based on shape memory polymers, hydrogels, liquid crystal elastomers, and electroactive polymers. This article shows that the shape morphing properties of single materials are limited, while 4D printing of composites can integrate the various driving modes of different smart materials. In the end, challenges facing 4D printing such as broadening the scope of smart materials, improving printing processes, the compatibility of printing different materials have been discussed.     

3D打印软体机器人及其传感器

软体机器人主要是由柔性材料制成,它模仿了软体生物如章鱼、蛇、蠕虫等. 由于软体机器人能够任意改变自身的形状与尺寸,其在医疗、野外勘探、物品抓持等方面具有广泛的应用前景. 3D打印作为一种新兴的制造方法,其与软体机器人的结合近年来发展迅速. 首先,介绍典型的3D打印技术及其在软体机器人主体结构制造方面的应用. 然后,讨论软体机器人各类传感器的3D打印研究近况. 最后,总结现有技术的不足之处并探讨该领域的未来发展方向.     

3D打印用钛合金粉末制备技术分析

钛合金是3D打印中使用最广泛的金属材料,具有密度小、比强度高、耐热性好、耐蚀性优异、生物相容性好等优点.不同于传统制造技术,3D打印技术对粉末材料有着极高的要求,粉末的质量会直接影响3D打印零件的性能.本文从粉末性能入手,阐述了杂质含量、流动性、松装密度等因素对3D打印过程的影响;然后综述了氢化脱氢法、气体雾化法、离心雾化法、等离子雾化法等钛合金粉末制备技术的原理和优缺点;最后结合国内外研究现状,对改善钛合金粉末的方法进行探讨.     

面向光固化3D打印技术的汽车车身整体化制造及层厚优化

针对油泥模型技术所普遍存在的制造周期长以及精度难以控制的问题,将光固化3D打印技术运用于汽车车身整体化制造中.实验结果表明:3D打印技术可使工作周期压缩至几天,并且适合于对产品外型进行有效评估,提高汽车车身整体化制造的效率,最终降低企业研发成本.借助UG和Magics软件,提高设计参数选择的灵活性,实现汽车车身的三维建模以及STL文件的导入.基于影响成形件精度的因素有光斑直径、扫描间距、扫描速度、分层厚度等,根据汽车车身轮廓以曲线为主的特征,推导出基于贝塞尔曲线的最佳分层厚度计算方法,达到层厚优化的效果.