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    3D打印材料之高分子凝膠

      3D打印材料是當前制約3D打印服務技術實用化的關鍵因素之一,F有的3D打印聚合物材料存在打印溫度偏高、易產生揮發分、高溫流動性差和操作窗口窄的不足,得到的制品在尺寸穩定性和精度等方面還不如傳統方法生產的制品。從材料角度出發,解決這些問題,首先需要系統深入研究材料結構、打印工藝和產品性能3者之間關系。針對熱塑性線材,通過改善聚合物熔體流動性,優化材料固化或結晶性能,增強制品層間滲透及粘接強度,可進一步提升制品的強度和尺寸穩定性。這里主要高分子凝膠的性質及其應用。
     
      高分子凝膠
     
      高分子凝膠是高分子通過化學交聯或物理交聯形成的充滿溶劑(一般為水)的網狀聚合物,如海藻酸鈉、纖維素、動植物膠、蛋白胨和聚丙烯酸等高分子凝膠材料用于3D打印。對于凝膠體系,通過改變離子強度、溫度、電場和引入化學物質時,凝膠溶脹或收縮發生體積變化,可用于形狀記憶材料、傳感材料和智能藥物釋放材料等;高分子凝膠的含水量、生物相容性和力學性能可調控至與人體軟組織或組織器官相接近,可以包裹細胞,輸送養分和排泄代謝物。高分子凝膠可廣泛用于構建組織工程支架,如耳朵、腎臟、血管、皮膚和骨頭在內的人體器官都已經可以利用高分子凝膠進行3D打印制造。
     
      Testsu等以PLA和聚乙二醇為原料,采用SLA技術制備了3D水凝膠支架、24面體的多孔支架和非多孔支架。這些支架具有較高的力學性能和良好的孔隙連接性,細胞在支架[36]上可以黏附分化。Arcaute等以聚乙二醇雙丙烯酸酯為原料,利用SLA技術制備了具有多內腔結構的水凝膠神經導管支架,經凍干/溶脹后,能較好地維持材料的初始形態,適[37]合體內移植。Butecher等以聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEG-DA)/海藻酸鹽復合原料制備了主動脈水凝膠支架,該水凝膠的彈性模量可在5.3~74.6kPa內調節,可用來制備較大、[38]精確更高的瓣膜。段升華等公開了一種3D打印水凝膠材料,是聚N-異丙基丙烯酰胺類三嵌段共聚物,并含有細胞生長因子及營養組分、水、溫敏性聚合物和生物大分子;材料具有與人體軟組織相仿的力學性質,用于人體內時,免疫排斥小、抗過敏,生物降解性好。上述相關技術進展表明凝膠類3D打印材料在未來的人類健康方面將有不可替代的作用。
     
      3D打印技術聯通了產品生命周期前端開發期的“快速成型”(rapidprototyping)和生產期的“快速制造”(rapidmanufacturing)相關制備工藝、技術、設備、材料和應用,是多種學科的交叉集成。如需了解更多3D打印相關信息,請訪問上海3D打。篽ttp://www.cen39.cn。
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