聚氨酯耳廓软骨支架的快速成形工艺

在体外构建外形逼真、机械强度可调节的个性化耳廓软骨支架,是组织工程方法修复外耳耳廓缺损的重要方向之一。针对这一研究目的,采用基于快速成形原理的熔融挤出成形方法,使用颗粒状聚氨酯生物材料,通过搭建试验平台,设计一系列工艺因素对成形过程及支架力学性能的影响试验,研究制造耳廓软骨支架的最优工艺参数范围。试验发现:喷头温度影响材料挤出稳定性和弹性;成形室温度影响结构整齐度和层间结合度;送料速度和扫描速度,与挤出速度的匹配关系,影响出丝的均匀度和成形过程的稳定性;不同扫描速度的喷头所形成的温度场分布,影响已成形结构的弹性;成形过程存在最小局部反复造型面积;温度以及CLI数字模型离散处理参数,影响支架力学性能。结果表明,熔融挤出成形方法制备的聚氨酯材料耳廓软骨支架,不仅可以实现逼真的耳廓外形,还可通过控制各种工艺参数,得到接近天然耳廓的力学强度,以满足临床中不同病患的个性化需求。     

组织工程支架快速成形技术研究现状

组织工程支架为细胞的增殖提供三维空间和新陈代谢的环境,并决定新生组织器官的形状与大小,其成形技术一直是组织工程的研究热点.组织工程支架的制备从技术方法角度来看,一般分为非快速成形制备法和快速成形(Rapid prototyping,RP)制备法,而RP制备法因其成形精度高、柔性大,逐渐取代传统的非快速成形制备法.系统地介绍目前研究较多的几种组织工程支架的RP技术,其中包括直接成形和间接成形的RP技术,并分析不同技术各自的成形材料、工艺流程、成形精度、应用范围以及优缺点.同时指出在组织工程中,RP技术现阶段的技术难点仍然是进一步增大材料广泛性、提高成形精度以及适应复杂支架结构,而未来的研究热点则是集中在对生物材料的直接成形与加工.     

基于快速原型的组织工程支架成形技术

组织工程是生物制造的重要发展阶段,通过先成形生物材料的支架,然后在上面复合细胞的方式,来实现组织器官的人工制造。支架的性能在组织工程的应用中非常重要。相比传统的支架成形方法,基于离散—堆积原理的快速原型技术,所制造的支架个性化程度较高:支架的孔隙率、力学性能、生物相容性和降解特性等方面,可以通过参数设计和材料选择的方法进行人工设定;因此非常适于构建结构性的组织和器官。介绍了现有的基于快速原型的组织工程支架的成形技术,总结了其特点及应用现状,并分析讨论了其优缺点。     

喷射技术在生物制造工程中的应用

生物制造工程是快速成形与生物材料、生物医学相互融合形成的新兴交叉学科。生物材料喷射技术是生物制造工程核心技术之一。在实际应用的基础上,研究了螺杆挤压喷射、活塞挤压喷射、气动挤压喷射、微滴喷射技术、激光引导直写技术和电纺丝技术、蘸笔纳米刻蚀技术的原理、使用范围和优缺点,并介绍了国内外相关技术的最新进展。喷头的选取在一定程度上决定了支架的成形精度和复杂程度,可以通过对不同喷射技术的出丝直径、成形效率和适合材料比较,来选择合适的喷射技术。生物制造中喷射技术的发展主要有四个方向：在满足一定成形精度的要求下,尽量扩展喷射技术的材料使用范围;在一定的材料应用范围内,尽量提高精度;追求喷射技术精度在量级上的提高;尽量减少在喷射过程中对材料的影响。     

可控微结构支架光固化快速成形间接构造方法

提出一种以计算机辅助设计(CAD)和光固化快速成形为基础,精确设计和控制支架内部微观结构,实现支架外形与内部可控微结构一体化制造的方法。根据实际CT数据,应用三维CAD软件重构骨骼外形;依据利于细胞生长和促进成骨的原则,设计不同结构的支架内部微管道,控制微管道的尺寸、形状、走向、分支以及相互连通性。利用光固化快速成形技术构造相应的树脂模具,在模具中填充生物材料,待其固化后,通过热分解去除树脂模具,形成具有可控微结构的支架。光学显微镜下观察支架内部微管道结构,其结果与设计相符合。与传统支架构造方法相比,该方法在对支架外形重构和内部微结构制造的控制方面得到了改善。     

高孔隙率聚(乳酸—羟基乙酸)共聚物组织工程支架快速成形新工艺

提出一种新的快速成形(Rapid prototyping,RP)工艺方法,用于成形具有可设计的多级孔隙结构、贯通的大孔结构和高孔隙率的骨、软骨组织工程支架。它将基于离散/堆积原理的快速成形工艺与相分离、致孔剂浸出法两种传统工艺相结合,将致孔剂与高分子溶液混合制成悬液,由压力注射式喷头按照计算机设计的路径挤出至低温环境,冷冻固化、粘结成形并发生相分离,溶剂结晶被冷冻干燥去除后留下一级孔隙结构(10μm),致孔剂被去除后留下二级孔隙结构(10～100μm),按照RP所设计的路径可构建任意复杂外形和三级孔隙结构(100μm),且可以保证支架具有超过90%的孔隙率。此外,由于分散颗粒可以提高高分子溶液的粘度,解决连续挤出原理喷头无法成形具有高孔隙率的低分子量支架材料,降低材料对喷射/挤出手段的要求。此处将其用于成形要求降解速度快、孔隙率高的聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物(Poly(Lactide-co-glycolide),PLGA)的软骨组织工程支架。     

基于CAD和快速成形技术的义耳设计和制造

利用计算机辅助设计(CAD)技术对缺失耳朵进行修复设计、运用快速成形技术进行赝复体制作,为义耳手术探索 出一种全新的设计、制造方案,解决了耳缺失赝复体修复过程中义耳设计的对称、美观等问题,降低了传统方法制作义耳 的难度,提高修复手术的满意率。     

快速成形技术在仿生支架制造中的应用

快速成形方法有很多种,包括立体光刻法/微立体光刻技术、分层实体法、选择性激光烧结法、熔融沉积法和三维打印法,不同的快速成形方法具有不同的特点,在加工仿生支架过程中,它们采用不同的成形材料、成形工艺以及后处理。文中介绍了不同快速成形方法制作仿生支架的工艺过程,并比较了它们的优点和缺点。     

三维打印快速成形技术及其应用

三维打印快速成形技术与其他快速成形技术相比具有众多优点,被认为是快速成形领域最有生命力的新技术之一。本文根据喷射材料的不同,将三维打印快速成形技术分为粘结成形三维打印和直接成形三维打印,分别介绍了它们的工作原理、系统组成和结构特点。结合三维打印快速成形技术独特的成形工艺特性,对其在产品的概念原型与功能原型件制造、生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域的应用前景进行了分析和展望。     

基于RP的骨组织工程支架构造及生物学特性分析

应用三维CAD软件设计支架和相应的模具结构,通过光固化快速成形技术制造出树脂模具,并在模具中填充磷酸钙(CPC)生物材料,然后通过热分解方法去掉树脂模具,得到具有可控微管道结构的骨组织工程支架。该方法克服了传统构造方法中支架内部微管道结构不可控的缺点,为制造出更有利于细胞/组织长入和成活的支架三维空间结构提供了一个更理想的方案。INSTRONMicrotester试验设备上测得支架的最大抗压强度为7.12MPa;测得其表面粗糙度Ra=2.16μm。扫描电镜观察支架表面微结构特征,能谱分析测出支架中所含钙元素和磷元素的摩尔比是1.59∶1。结果表明所构造的支架具有良好的生物学特性。     

TOOL PATH GENERATION BASED ON STL FILE FOR SHEET METAL DIELESS FORMING

Sheet metal dieless forming is a new metal forming technology. This technology adopts theprinciple of rapid prototyping technology, so it can form sheet metal parts without traditional die andmoulds. According to the charateristic of sheet metal dieless forming technology a new way of toolpath generation based on the STL file for sheet metal dieless forming is proposed.     

颗粒体进料微型螺旋挤压堆积喷头的设计

根据快速成形技术的发展方向,针对熔融堆积成形工艺中已有喷头技术的特点,提出一种基于颗粒体进料的微型螺旋挤压堆积喷头。该喷头能否成功应用的技术难点是挤压螺杆的小型化问题和颗粒体稳定可靠的进给问题,为此提出针对小型化螺杆的一套可行设计方法和新颖的推杆凹槽送料方式。对装配好的喷头装置的堆积试验,证明了颗粒体送料的螺旋挤压堆积喷头的技术是可行的。通过进一步的技术完善,该喷头装置可以用于热塑性弹性体和一些基于医学材料的原型制作。     

Sheet metal dieless forming and its tool path generation based on STL files

This paper introduces a new sheet metal dieless forming technology. This technology adopts the principle of “layered manufacture” in rapid prototyping technology; it can form sheet metal parts without dies. A new method of tool-path generation based on STL file for sheet metal dieless forming is proposed.     

基于RP的早期、多回路反馈模具快速制造系统

基于快速原型的金属模具制造技术是利用ＲＰ数字化制造特点的现代制造技术。为了掌握这种新的制造技术的规律,首先研究现代成形学中的成形能量场,成形边界模型及误差链与ＲＰ技术的关系,介绍最新的基于ＲＰ的早期,模具快速制造系统,并以大型金属模具的快速制造为例,说明这个快速制造系统具体应用。     

Rapid Mold Manufacturing System with Early Stage, Multi-Return Loop Feedback Based on Rapid Prototypes

Early stage, multi-return loop feedback system is a new design and manufacturing concept. It is used in developing rapid mold manufacturing system based on rapid prototypes. The numerated manufacturing of RP technology is also used for this system. In order to understand the characteristics of this system, concepts of forming energy field, forming boundary and error chain are established and introduced in RP research. The rapid manufacturing of the dies of automobile deck parts is the best example for applying this new system.     

Fabrication of combinatorial polymer scaffold libraries

We have designed a novel combinatorial research platform to help accelerate tissue engineering research. Combinatorial methods combine many samples into a single specimen to enable accelerated experimentation and discovery. The platform for fabricating combinatorial polymer scaffold libraries can be used to rapidly identify scaffold formulations that maximize tissue formation. Many approaches for screening cell-biomaterial interactions utilize a two-dimensional format such as a film or surface to present test substrates to cells. However, cells in vivo exist in a three-dimensional milieu of extracellular matrix and cells in vitro behave more naturally when cultured in a three-dimensional environment than when cultured on a two-dimensional surface. Thus, we have designed a method for fabricating combinatorial biomaterial libraries where the materials are presented to cells in the form of three-dimensional, porous, salt-leached, polymer scaffolds. Many scaffold variations and compositions can be screened in a single experiment so that optimal scaffold formulations for tissue formation can be rapidly identified. In summary, we have developed a platform technology for fabricating combinatorial polymer scaffold libraries that can be used to screen cell response to materials in a three-dimensional, scaffold format.     

基于分步凝胶化的纤维蛋白快速成形工艺

基于分步凝胶化的快速成形工艺可实现纤维蛋白支架的成形:先借助明胶的低温凝胶化特性成形明胶纤维蛋白原混合材料支架,继而用凝血酶凝胶化支架中的纤维蛋白原,最后于37℃水溶液环境中将明胶从支架中溶出。凝胶化过程研究表明,凝血酶浓度同时影响了纤维蛋白凝胶化速度及最终的微观结构,明胶在凝胶化过程形成的微晶区域使其吸光度值持续缓慢下降。通过控制明胶凝胶化程度可得到液滴态、连续丝态、不稳定丝态等出丝形态,以连续丝态为参照确定了明胶成形的最佳温度区域。分步凝胶化成形工艺可制备二分支管道、网格立方等三维支架。扫描电镜观察发现支架具有典型纤维蛋白特征的纤维网络结构及纤维蛋白与明胶相互融合形成的带膜纤维网络结构。