人体植入医用材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一种与传统制备方式完全不同的新兴技术,是基于三维数学模型,通过逐层增加材料来实现成型的技术。3D打印技术在个性化设计以及复杂结构产品制备方面具有独特的优势,在人体植入物的结构设计和制造领域具有巨大潜力和研究价值,吸引了国内外工业界、医学界和社会媒体的广泛关注。目前制约该技术发展的主要因素是可打印材料种类有限。综述了几种人体植入医用材料及其3D打印成型技术,如骨支架、心脏血管支架以及药物定向运输材料的3D打印制备技术,并分析了以上技术各自的特点。最后结合各种3D打印成型技术的特点以及几个应用案例,对3D打印在人体植入物医学领域的发展进行了展望。     

3D打印技术在骨科医疗植入物方面的应用及其对民用飞机结构件适航认证的启示

3D打印技术是一种先进的制造技术,在医疗、航空航天、汽车、模具、文化创意、教育等领域有广阔的应用前景。目前3D打印个性化骨科医疗植入物已有多起成功的应用案例,在如何通过主管部门审核方面积累了丰富的经验。民用飞机结构件与骨科医疗植入物在重要程度、审批方式、认证流程等方面有很多类似的地方,因此在进行民机3D打印结构件适航认证时可以借鉴骨科医疗植入物审批时的诸多宝贵经验。总结了3D打印骨科医疗植入物的应用现状、审批方式及面临的问题,分析了其借鉴价值,旨在为民用飞机3D打印结构件的适航认证提供参考。     

碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一项根据计算机模型设计快速加工和制造复杂几何形状组件的增材制造技术之一。其基于三维数据模型,通过电脑控制将材料进行逐层累积,最终将三维模型变成立体实物。相比于传统制造方法,3D打印技术具有节约工时、易操作、不需要模具、组件几何形状可控性强等优势。随着该技术的发展,依据打印技术成型的核心、材料以及设备等产生了熔融沉积塑型、选择性激光烧结成型、光固化立体成型/数字光处理成型、溶剂浇铸成型等若干类型的3D打印技术。本文重点介绍其中最具代表性的4种3D打印成型工艺的原理和特点,基于碳纳米管增强聚合物复合材料,综述近年来不同3D打印成型工艺的研究进展,同时预测3D打印成型工艺在该领域会向着高精度、产业化、大众化和高集成度的方向发展,3D打印材料的研发也会更具前景。     

抽真空对微型塑件成型质量影响

针对微注塑成型过程中排气对塑件成型质量的影响,以细胞皿为研究对象,设计了带有抽真空装置的微注塑模具,通过测试,真空度达到-0.098 MPa.分别以聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）进行成型工艺试验,当模具型腔未开设排气装置时,塑件流动前沿严重烧焦,严重影响了塑件质量.当有排气槽未抽真空时,在塑件的表面形成了微孔...     

热成型和注塑成型相结合的模具

2010年10月份,瑞士的Ge0唱Kaufm踟公司在Dusseldorf介绍了该公司研制的在可2010K下进行热成型和注塑成型相结合的模具。用注塑工艺生产汽车的轻体结构件。轿车的结构件材料采用有机板（一种经轧制的带有加强筋的玻璃纤维强化热塑复合材料）。板材首先在模具中受热成型,然后在同一模具中用注塑法制造加强筋。     

数字光处理技术成形β-磷酸三钙生物陶瓷及其生物学评价

目的 研究数字光处理技术(Digital Light Processing,DLP)打印β-磷酸三钙(Beta-Tricalcium Phosphaye,β-TCP)生物陶瓷的成形性能与生物学性能。方法 通过表面活性剂硬脂酸改性β-TCP粉体,将改性后的β-TCP粉体与丙烯酸类及甲基丙烯酸类树脂均匀混合成3D打印浆料,进行3D打印性能研究。采用X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)、接触角测量仪、数字式黏度计表征β-TCP粉体、浆料及3D打印支架性能,并进行体外细胞试验研究β-TCP多孔支架的生物学性能。结果 粉体XRD结果显示,硬脂酸改性β-TCP粉体并未影响原始粉体的物相组成;而表面活性剂硬脂酸降低了树脂与粉体表面的接触角,提高了粉体与树脂的亲和性。3D打印β-TCP浆料的固含量为48%(体积分数),在常温下,黏度仅为2.91 Pa.s。支架XRD结果显示,3D打印β-TCP多孔支架的主要物质仍为β-TCP,仅有部分转化为α-TCP。体外细胞试验表明,3D打印β-TCP支架表面可黏附大量细胞,培养7 d后,细胞延伸至支架孔隙内,同时其溶血性结果较钛合金(Ti6Al4V)及聚醚醚酮(PEEK)的优异。结论 3D打印β-TCP多孔支架可作为骨替代植入物,为治疗临床骨缺损疾病提供新途径。     

3D打印技术及其在医疗领域的应用

3D打印技术是一种快速兴起的新型数字化制造技术,因具有设计自由、大规模定制以及快速原型制造等优点,在医学、航天、汽车、食品等领域应用前景广阔.随着精准化、个性化医疗需求的增长,3D打印技术逐渐被应用到医疗领域,如植入物制造、诊断平台和药物输送系统等,并成为目前较为前沿的研究领域之一,其个性化定制的特点使得3D打印技术能够根据患者的病情制备相应的医疗产品以帮助患者康复.因此,本文概述了3D打印技术的发展,分类介绍了可用于3D打印的医用材料,以及3D打印技术在医疗领域的应用.但是3D打印的植入物是静态的,无生命的,不能随着内环境的变化进行适应性调整,4D打印可以制造出具有"活性"且结构更为复杂的、与天然组织结构非常相似的工程化组织结构,其继承了3D打印技术优点的同时,弥补了现有3D打印的一些缺陷,未来在医学领域会有更广阔的应用前景.     

注塑件出现质量问题的原因与防止措施

针对塑料原材料、塑料件结构、注塑成形工艺条件、注塑模具、注塑设备等方面,对注塑件出现质量问题的原因进行了分析,并提出了预防和改进措施,提高了注塑件质量,降低了生产成本.     

聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望

聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料因具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性及生物相容性而受到广泛关注,然而随着对复杂结构以及个性化PEEK零件的需求日益增加,传统的注塑成形工艺显然已经难以满足高度复杂化与个性化制造的需求。激光粉末床熔融(LPBF)技术为PEEK及其复合材料的成形制造提供了一种新的方法。介绍了激光粉末床熔融工艺的基本原理与PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融制备工艺的特点和应用,总结归纳了PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融成形装备的发展状况与性能特点,目前的成形装备在预热温度和激光功率等参数方面已经有了很大的提升,可以保证一定的成形精度,但要形成一套成熟的高精密和大尺寸复杂成形系统仍需进一步的研究。基于已有研究,重点阐述了PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的研究现状,虽然通过温度场和激光参数等成形参数的优化,成形件的性能有了一定的提升,但仍然存在翘曲变形、成形力学性能较低的问题。最后对未来高性能PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的发展进行了展望。     

塑料微流控芯片的注塑成型

有别于传统的微流控芯片压塑成型方法,本文提出注塑成型加工塑料微流控芯片的新工艺.采用UV-LIGA技术制作成型微通道的型芯,设计制造了微流控芯片注塑模具.充模试验表明,如何使微通道复制完全是微流控芯片注塑成型的主要技术难点.模拟与理论分析表明,熔体在微通道处出现滞流现象是复制不完全的主要原因;搭建了可视化装置对此加以试验验证.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数对微通道复制度的影响.试验表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺,对于宽80μm、深50μm截面的微通道而言,可使微通道复制度由70%提高到90%,满足使用要求.     

3D打印技术应用于大尺度建筑的研究进展

基于3D打印技术的自动化和智能化优势,将其应用于建筑业,成为当前工程领域研究的热点之一。但是,这种技术在设计方法、打印材料、打印设备以及施工工艺等方面还存在诸多问题,这在一定程度上限制了其大规模的推广应用。与其他应用领域相比,3D打印技术在建筑行业中的应用目前还处于初级阶段。相较于传统的建筑施工,3D打印技术具有如下潜在优势:(1)机械化程度高,施工快,成本低;(2)无模板施工,资源消耗少;(3)劳动强度低,节省人力;(4)施工过程安全、清洁、精确;(5)设计自由,实现轻质高强及多功能;(6)高度定制化,实现标准化与个性化的统一。 然而,由于3D打印技术与传统施工技术的不同,导致传统的普通混凝土无法直接应用于3D打印。而以层层堆叠方式打印的材料则普遍存在结构强度较低、层间形成施工冷缝等问题。因此,近年来研究者们在材料配合比、结构优化设计、评价标准以及施工工艺等方面不断探索,并取得了丰硕的成果。最近,已有不少3D打印技术成功应用于个性化住宅、桥梁建造等的案例报道。 在建筑业大尺度3D打印技术中已取得成功应用的包括轮廓成型工艺、混凝土打印工艺、D型打印工艺和数字建造工艺,其中轮廓成型工艺现已成为主流的建筑3D打印技术。建筑业3D打印建造技术的主要特征可概括为:基于挤出工艺分层打印混凝土、粉末台面配合使用粘结技术以及增强网格。为了满足3D打印的要求,在打印过程中,打印材料需要保持一定的可挤出性、可建造性、粘结性、可工作时间以及高强度。同时,混凝土结构需要一定的增强措施以确保结构的安全可靠性。此外,随着不同技术之间的相互融合,涉及到具体的项目应用时,可以采用某几个技术的联合。 本文系统总结了大尺度3D打印建造技术的发展过程和研究进展。以纤维增强水泥基材料为打印材料,综述了3D打印技术中原材料选择、材料特性、结构增强措施等关键问题。最后,对建筑3D打印技术的发展方向做了展望,以期为3D打印技术在建筑业中的应用推广提供借鉴。     

基于电场驱动熔融喷射3D打印大面积聚甲基丙烯酸甲酯微结构制造方法

针对大面积聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构低成本制造的难题以及高分辨率PMMA成型的实际需求,提出一种基于电场驱动熔融喷射沉积3D打印实现大面积PMMA微结构高效低成本制造的新方法。通过高速摄像机实验观测和系列打印实验研究,揭示了主要工艺参数对于成型过程、打印分辨率、打印质量的影响和规律,优化的工艺参数范围为:电压1200～1300 V,气压3～10 kPa,打印高度200～400μm,打印速度5～20 mm/s,材料加热温度210～230℃。利用提出的新方法,结合优化出的工艺参数,采用内径250μm的喷嘴,实现了最小特征尺寸15μm、图形面积70 mm×70 mm大尺寸微模具以及高宽比达到9∶1大面积复杂微结构和组织工程支架的制造。     

注塑成型工艺条件对塑料简支梁冲击强度的影响

塑料简支梁冲击试验是检验塑料产品机械强度的一个重要手段,测定的是材料受到摆锤冲击时所产生的抵抗力,用于评价材料的抗冲击能力,因此试验结果的准确性十分重要。简支梁冲击强度受注塑成型工艺条件影响较大,本文主要介绍注塑成型工艺条件中的注射速率、模具温度、保压压力和保压时间对简支粱冲击强度测定结果的影响,进而得出简支梁冲击强度与注射速率、模具温度、保压压力和保压时间的关系,并从中总结出提高塑料简支梁冲击强度的方法。     

工艺参数对短玻璃纤维增强PP复合材料注射压力和翘曲变形的影响

采用Moldflow对聚丙烯及其短玻璃纤维增强复合材料的注塑成型过程进行3D模拟分析,基于Taguchi试验设计方法(DOE),采用L16(45)正交矩阵进行试验设计,研究工艺参数对注射压力和翘曲变形的影响。结果表明,纤维含量对注射压力和翘曲变形影响作用较为显著,且存在最佳值;模具温度、熔体温度、保压时间和保压压力对注射压力的影响为单调的线性关系,但其对翘曲变形的影响较复杂。     

基于正交试验与BP神经网络-遗传算法的空气净化器外壳注塑工艺参数优化

目的 以某空气净化器外壳为研究对象,进行注塑工艺参数优化,从而提高塑料制品的成型质量。方法 设置4个影响塑料制品成型质量的因素：熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间,以最大翘曲值作为衡量塑料制品成型质量的指标,通过Moldflow模流分析软件,基于正交试验及极差分析探究各因素的影响主次顺序;使用BP神经网络表征工艺参数与翘曲变形的非线性映射关系;采用遗传算法寻优获得最佳注塑工艺参数组合与翘曲变形量,并将所得参数组合用于实际生产指导。结果 经极差分析,保压压力对塑料制品质量的影响最为显著,其次分别为模具温度、保压时间、熔体温度。经BP神经网络预测与遗传算法寻优,发现当熔体温度为229.5℃、模具温度为77.9℃、保压压力为84.4 MPa、保压时间为6.5 s时,可以使注塑件达到最优质量,预测的最小翘曲值为2.94 mm,此工艺参数组合下的仿真计算翘曲值为2.91 mm,二者吻合程度较高。将优化后的工艺参数组合用于实际生产指导,获得了质量良好的注塑产品。结论 所提出的方法对产品注塑的成型及优化有良好的工程应用价值。     

聚醚醚酮/聚醚酰亚胺合金的热学性能与力学性能

通过熔融共混和注塑成型的方法制备了不同质量比的聚醚醚酮/聚醚酰亚胺（PEEK/PEI）合金,确定了各种质量比下时的最佳加工温度。采用热重分析、差示扫描量热分析、动态力学热分析和拉伸、三点弯曲的性能表征方法,研究了PEEK/PEI共混合金的热学和力学性能随PEEK/PEI质量比的变化趋势。结果表明,各组分比的PEEK/PEI合金均具有良好的热稳定性;随着PEEK含量增加,合金结晶度呈现上升的趋势,而玻璃化转变温度不断下降;室温时,PEEK含量对PEEK/PEI共混物的力学性能影响较弱;当测试温度稍低于PEEK玻璃化转变温度时,其力学性能随着PEEK含量的增加表现出降低的趋势;当测试温度在PEEK与PEI玻璃化转变温度之间时,合金的力学性能随着PEEK含量的增加先下降再上升。最后,基于随机森林法量化了合金质量比及热性能参数对PEEK/PEI合金力学性能的贡献程度。     

BIOLASE采用Carbon3D打印技术将产品周转率降低70%

正来自世界各地的许多行业的公司都极为关注Carbon及其创新的数字光合成(DLS)技术。位于加利福尼亚州的BIOLASE,该公司决定与南加利福尼亚3D打印服务商和Carbon合作伙伴DinsmoreInc.合作,以取代尚未推出的医疗设备中非常重要的一部分。BIOLASE通常使用传统的聚氨酯铸造工艺来制造低容量的医疗器械聚氨酯部件,包括与Dinsmore合作的部件。这种制造技术与注射成型的不同之处在于它不需要硬工具,而是使用硅胶模具。虽然聚氨酯铸造比注塑成本低,但制造和重复使用零部件并不便宜。此外,聚氨酯铸件的周转时间,可持续一个月以上。     

神经网络与混合遗传算法结合的注塑成型工艺优化

注塑成型中,工艺参数直接影响到模具内熔体的流动状态和最终制品的质量,而工艺参数与制品质量之间的关系非常复杂,因此如何建立制品质量与工艺参数之间的关系模型井获得优化的工艺参数是改善制品质量的关键。收缩是衡量制品质量的一个重要指标,制品在型腔中的非均匀收缩是引起制品翘曲的主要原因。文中基于成型过程的数值模拟,采用人工神经网络与混合遗传算法结合优化注塑成型工艺,以改善制品质量。对一工业产品进行分析,以制品内的体收缩率差值为质量指标优化工艺,改善了制品内的体收缩率分布,获得了满意效果。     

3D打印双点渐进成形支撑模具的可行性

目的为了更快速、简单、有效地完成双点渐进成形加工中支撑模具的加工。方法采用3D打印设备完成支撑模具加工,用加工完成的模具作为支撑,通过板料渐进成形技术对1 mm厚的铝板进行成形,选取8个标本点测量工件的壁厚,并与普通模具完成的零件进行比较,再对3D模具成形的工件进行成形精度分析。结果通过实验数据分析,板料壁厚变化完全符合正弦定律,计算出的理论轮廓与实际轮廓的成形精度偏差绝对值算术平均值基本符合生产要求。结论这种与3D打印技术相结合的双点渐进成形加工工艺完全可行,与普通模具相比节省了模具加工经费,降低了渐进成形加工的时间。     

硬质合金粉末挤出打印中增材制造工艺及其显微结构

粉末挤出打印(PEP)是基于传统金属注塑成型和3D打印相结合的新型增材制造技术,具有打印材料范围广、打印成本低等巨大优势。以WC-13Co硬质合金的PEP增材制造为核心,以热塑性打印材料为重点研究对象,开发打印原料的材料体系,研究打印原料的均匀性、流变性能、成形性能、黏结剂的脱除工艺以及烧结工艺对打印件显微结构及力学性能的影响机制。独立开发了硬质合金PEP打印专用的有机黏结剂材料体系,通过EDS分析黏结剂在打印坯体中分散均匀性。采用两步法脱脂工艺可以完全脱除打印坯体中的黏结剂,并结合真空烧结,在1450 ℃下保温60 min,成功制备高性能硬质合金打印件。研究结果发现打印件线收缩率为17.8%,WC晶粒尺寸分布均匀,维氏硬度1410HV₃₀。本研究采用PEP增材制造技术制备了高性能、打印件尺寸可控的硬质合金材料,为硬质合金的增材制造探索出一条有效的技术路线。