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生物材料在3D打印中的应用

  • 来源:互联网
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  • 2017-11-14
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生物材料在3D打印中的应用  3D打印正由工业化用途越来越趋向于民用化用途…

原标题:生物材料在3D打印中的应用

  3D打印正由工业化用途越来越趋向于民用化用途。对于耗材,人们要求它更环保,更健康,而生物材料恰恰可以满足这种需要。生物材料正火热地应用于3D打印,而且不同的3D打印工艺,对生物材料的选择也有所不同。我们一起看一下如何为熔融沉积成型(FDM)、光固化立体成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)以及层片叠加成型(LOM)等3D打印加工工艺选择适宜的生物材料。

  生物材料品种很多,其分类方法也很多。生物材料包括金属材料(如碱金属及其合金等)、无机材料(生物活性陶瓷,羟基磷灰石等)和有机材料三大类。有机材料中主要是高集合物材料,高材料通常按材料属性分为合成高材料(聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等)、天然高材料(如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等)。

  聚乳酸(PLA)是FDM使用最常规并且用量最大的耗材,具有优良的力学性能、加工成型性、透明性、尺寸稳定性、可降解性和生物相容性。但是纯PLA韧性较差、脆性高,成型制品易碎裂,不耐热。目前有大量的研究人员在进行PLA改性的研究,PLA基材的3D打印耗材历久弥新。

  聚乙烯醇(PVA)是一种生物降解的合成聚合物,其最大的特点就是它的水溶性。它通常在3D打印过程中作为支撑材料使用,在打印过程结束后,支撑部分能在水中完全溶解。有效解决了打印悬空问题,同时又避免了后处理的麻烦,与PLA耗材堪称完美配合。

  易生研发人员通过以低聚物乳酸多元醇、异氰酸酯等为主要原料,经平行双螺杆挤出机合成不同硬段含量不同量的生物可降解TPU,也成为近年来热门的3D打印耗材。

  该生物可降解TPU具有高伸长、高强度、低回弹、透明度高、生物降解性好等特点,并且生物基聚乳酸多元醇的含量越高,其降解速率越快;生物基聚乳酸多元醇量(1000-4000)越大,其降解速率越快。此产品用来做PLA的增韧剂具有优异的增韧效果。同时,也可单独制作成3D打印耗材。

  金属材料及无机材料则一般用于SLS中,利用粉末状材料在激光照射下烧结,在电脑控制下按照介面轮廓信息进行有选择的烧结,层层堆积。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉,用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。

  聚己内酯(PCL)具有超低的玻璃化温度Tg(约-60℃),因此在室温下呈橡胶态。熔点59-64℃,具有低温热塑性。在3D打印中,由于它熔点低,所以并不需要很高的打印温度,从而达到节能的目的。

  同时,由于聚己内酯的熔点低,它可以有效让人员在操作时避免烫伤,并越来越多地应用于3D打印笔。另外,因为其具有形状记忆的特性,它使得打印出来的东西具有“记忆”,在特定条件下可以使其恢复到原先设定的形状。在医学领域,可用来打印心脏支架等。

  此外,生物基光敏树脂也常应用于光固化快速成型中。它主要是一类由低聚物、单体、光引发剂、助剂混配制成的树脂。它能在较短时间内迅速发生物理和化学变化,进而实现交联固化。其优点在于成型精度极高、品质好;成型物体表面光滑且成型速度快。

  在传统制造业领域,工艺已经发展成熟,新时代的个性定制的需求也越来越明确,传统工艺已经非常难以满足新时代发展的需要,3D打印作为新的制造成型,同传统行业形成了很好的互补,在有些特殊领域,如医学领域,3D打印更能发挥它的定制优势。对于开发者来说,3D打印可以让其头脑中天马行空的想法成为现实。

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