基于活塞挤出的组织工程支架低温沉积制造工艺

快速成形(RP)工艺可实现个性化制造和可控的材料、结构组成,因此在组织工程中得到广泛应用。该文设计开发基于活塞挤出的材料喷头,对挤出工艺进行探讨与研究,提出采用压力自释放方案解决其流涎问题,并将其应用于低温沉积制造(LDM)工艺。实验表明,基于活塞挤出的LDM工艺可以成形组织工程支架,并且具有广泛的材料适应性,可成形多种生物材料,尤其可成形其他RP工艺难于成形的胶原材料。     

3D打印工艺参数对组织工程支架微观结构的影响研究

挤出式3D打印是制备组织工程支架的重要技术手段之一.一个性能良好的组织工程支架必须具备小孔隙、高孔隙率的内部微观结构.针对挤出式3D打印支架成形动态过程,建立了打印材料成形过程热-力耦合动力学模型,并通过数值模拟研究了主要打印工艺参数对支架成形的孔隙尺寸、材料重熔特性的影响.结果表明,支架的孔隙尺寸随打印时间间隔和材料粘度的增大而增大,但随基板温度的升高而降低;支架重熔度与孔隙尺寸变化趋势相反;其中材料粘度的变化对成形支架的孔隙尺寸和重熔度的影响最为明显.     

三维微流道支架直接压印成形方法

针对软质生物材料支架内部三维微结构成形难题,提出了结合分层制造、微压印与冷冻干燥技术的三维微流道支架直接压印成形方法.通过开发自动化成形设备,实现了材料溶液填充、微结构压印、结构预冻、层间黏结等工艺过程的可控化,从而解决了传统手工操作所造成的结构重复性差、成形效率低等问题.研究了模具表面等离子处理、亲水物质添加、改变溶液填充方式等工艺对自动化成形过程中微结构复型性能的影响.结果表明,向材料溶液中添加微量亲水物质并辅助溶液填充引导,可实现软质水溶性天然生物材料内部复杂微流道结构的精确三维压印成形.通过工艺装备保证了成形过程的自动化和稳定性,从而实现了支架微结构制造的可重复性与可控性.     

明胶/海藻酸钠组织工程支架的快速成形

明胶/海藻酸钠支架作为一种凝胶型组织工程支架可以与细胞混合成形,使细胞在三维空间生长。其快速成形工艺要求成形温度范围、材料的物理化学变化必须在细胞的生理承受范围之内。根据工艺要求,提出了基于钙离子交联的明胶/海藻酸钠支架成形工艺原理。成形温度在0~15℃之间,每打印完一层材料,就喷射C aC l2溶液初步固化,层层打印并将最终成形支架放入C aC l2溶液中完全固化。明胶/海藻酸钠支架成形过程中,会出现流涎、过度堆积、孔的融合等缺陷,需要采用合理手段尽量避免。通过优化工艺参数,最终得到了理想的明胶/海藻酸钠组织工程支架。     

基于快速成形技术的汽车覆盖件金属模具制造

为获得高质量的汽车覆盖件金属模具 ,提出了基于快速成形 (RP-Rapid Prototyping)技术的快速金属模具制造技术。分析了 RP技术的离散 /堆积成形原理 ,给出了采用RP技术制造非金属原型的工艺过程 ,介绍了基于并行处理技术的超大型 L OM-160 0快速成形系统。该系统采用非线性有限元对凝固过程中铸件的尺寸精度进行数值模拟 ,通过动态信息反馈优化原型尺寸 ,详细介绍了无焙烧陶瓷型精密铸造技术的工艺及机理。基于 RP技术的汽车覆盖件金属模具制造系统是一种全新的闭环控制模具设计与制造系统 ,经实际生产验证 ,取得良好的效果     

基于快速成型技术的双组分室温固化硅胶制模技术

针对快速成型技术的应用,对双组分室温固化(RTV)硅胶模技术和真空注型技术进行了分析和试验,对制模和注型过程中适当选用材料和规划工艺过程给出了一些通用规则,并结合注型产品对快速成形(RP)原型、RTV硅胶模和真空注型件的尺寸精度进行了测量和分析．结果表明,基于RP技术的硅胶RTV制模技术是快速进行小批量塑料零件制造的有效手段,选择适当的材料和优化制模注型工艺,可以保证良好的结构适应性,制件的尺寸精度满足工程要求．     

快速成形技术在人工骨骼制造中的应用

快速成形(Rapid Prototyping,RP)技术可以迅速地将显示于计算机屏幕上的设计转化为可以进一步评估的实物.基于快速成形技术的制造方法融合了制造技术、生物技术、材料技术、信息技术,是一种高级制造形式.可以制造任意形状和结构生物器官,并使之具有生物活性.在人工骨骼制造中,多种快速成形工艺得到了应用与实践.     

基于挤出沉积成形技术的多孔生物支架制备

利用精密挤出沉积自由成形技术制备骨组织工程用羟基磷灰石多孔生物支架,探讨工艺参数对支架孔洞成形的影响,评价支架的力学性能并分析影响强度的微观因素.结果表明：通过调整工艺参数,采用挤出沉积工艺可制备出具有可控结构、良好连通性的生物支架;支架具有良好的力学性能,经过微波烧结处理后,孔隙率为56.2%的支架平均抗压强度为45.2MPa,致密化程度与晶粒尺寸是影响支架强度的主要微观因素.同时,该结构的支架能够为细胞的分化与新生组织的生长提供持续的强度支持,满足组织工程支架结构与力学性能要求.     

生物材料的生物制造成形方法

采用生物制造方法获取人工器官是取代同种和异种器官移植以及机电式人工器官植入的极具发展潜力的方法．生物医学信息是生物制造的生理和几何基础,而生物材料是生物制造的物质基础．文中从生物材料成形方法学角度,对常见生物材料的成形和应用进行了归纳和对比．指出生物制造技术是获取具有复杂空间结构和生物功能支架、组织前体的最具希望的方法．     

生物材料的发展现状与展望(综述)

概述了生物材料发展的三阶段,即惰性生物材料阶段（替代修复）、生物材料生物化阶段、组织工程支架材料阶段,指出目前组织工程的研究为生物材料提供了极大的发展机会：人们在可降解吸收生物材料研究方面取得了越来越多的成绩,认为天然可降解高分子材料是组织工程用支架材料的研究的重点,同时现阶段克隆技术等也为生物材料及组织工程的发展提出了挑战。     

生物材料的3D打印研究进展

在生物医药领域,通过对生物材料或活细胞进行3D打印,可构建复杂生物三维结构如个性化植入体、可再生人工骨、体外细胞三维结构体、人工器官等,因而基于生物3D打印在个性化定制及复杂结构调控制造上的独特优势,综述了生物3D打印技术的基本工艺、应用领域与研究进展.重点针对3D打印生物材料这一研究热点,全面讨论了喷墨打印和注射挤出打印两种路径,分析总结了3D打印相关生物材料并应用于体外模型、医疗器械和植入体的制造以及可降解组织支架、细胞三维结构体的构建,最后对该技术未来发展趋势和研究重点提出展望.     

组织工程多孔管状支架的低温挤出成形

聚乙二醇/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PEG/PBT)-1,4二氧六环溶液体系在温度低于20℃时可变成凝胶态。将数字挤压/喷射技术与热致相分离技术结合,提出了一种新型多孔管状支架成形技术——低温挤出成形技术。构建了基于该技术的成形平台,研究了成形温度对支架宏观形貌、孔隙率、力学性能等的影响。该技术成形的支架孔隙率最高可达95%,微孔尺寸分布为35~48μm,支架弹性模量为61.9~106 kPa。人类颌下腺细胞种植实验表明:支架具有良好的细胞亲和性,在涎腺组织工程中具有良好的应用前景。     

构建软骨支架的天然生物材料

关节软骨的自我修复能力有限,发生损伤后须进行修复或置换,然而传统的治疗方法难以达到理想的效果,组织工程技术为此难题带来了曙光。在组织工程三要素(种子细胞、支架材料、信号分子)中,支架材料起着至关重要的作用。对关节软骨支架材料进行了综述,重点介绍了软骨组织中天然存在的Ⅱ型胶原蛋白、透明质酸和硫酸软骨素3种生物材料,并就目前组织工程支架材料存在的问题和未来发展方向进行了讨论。     

薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺

挤出冷冻3D打印工艺是一种适合于陶瓷零件的成型工艺.该工艺用于薄壁陶瓷零件成形时,由于这类零件空间结构支撑薄弱,在打印成型过程中极易发生变形,因此用ZrO_2膏体对薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺进行了研究,探讨了薄壁中挤出体构成层数和薄壁倾斜角度对零件成形精度的影响.结果表明:同样的陶瓷零件,薄壁构成层数越多,零件的精度越高,可成形角度越大,但是成形效率大大降低.一般薄壁零件可采用二层挤出体的薄壁构成,在单挤出头无支撑的情况下可以在-20°～20°的倾斜角度精确成形.当零件要求更高的精度和倾斜角度更大的设计时,可以采用三层的薄壁构成.     

应用RE与RP技术进行汽车排气管铸造模具快速制造

汽车排气管是汽车重要的零部件之一,其结构复杂,难以用传统的方法进行产品和模具的再设计及二次开发。本文论述应用反求工程(RE)及快速成形(RP)技术对汽车排气管铸造模具进行快速制造的技术。通过三坐标测量机获取排气管表面的空间点数据,进一步获得产品的CAD数字模型,通过CAD分模功能获得排气管铸造模具模型;基于分层制造、逐层叠加成形的原理,采用快速成型技术直接、精确、快速地进行汽车排气管铸造模具的制造。从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右,应用RE与RP技术进行模具的快速制造方法已为业界高度重视。     

软组织支架3D打印/压印成形工艺研究

针对当前采用3D打印技术制作软组织工程支架效率低、对细胞损伤大、圆形流道成形精度低等问题,提出了压印与打印技术相结合的直接成形新方法。首先采用压印方法结合光交联固化方法来制造具有流道结构的单层软组织支架,之后利用打印方法沿着流道注入明胶等温敏材料,通过低温环境使流道内的明胶等温敏材料固化起支撑作用,并逐层累积形成立体结构,最后利用温度控制使流道内的明胶融化,形成管道,最终形成具有流道结构的软组织支架。针对该工艺,研制开发出了相应自动化成形设备,结果表明,当扫描间距为51mm时,光强均匀度最高,用该工艺制作出来的支架,圆弧形流道结构清晰平滑,流道相通性很好。研究结果有利于软组织工程支架微结构的精确制造,可望进一步用于细胞打印并提高细胞成活率和成形效率。     

三维热加工图的GCr15钢可成形性分析

为了研究GCr15轴承钢温热成形范围的可成形性,在温热成形温度范围基础上,将温度的研究范围进行扩大。采用Gleeble-1500D型热-力模拟试验机对GCr15轴承钢进行热压缩试验,试验参数范围为温度600～1 050℃、应变速率0.01～5 s^-1。基于热压缩试验数据、加工图理论和动态材料模型(DMM)建立了GCr15轴承钢考虑应变影响的三维热加工图,描述了GCr15轴承钢在温热变形时应变、温度、应变速率对可成形性的影响。通过金相观察进行微观组织分析,研究了动态再结晶(DRX)的演变过程。结果表明：材料适宜加工参数范围是应变大于0.4,温度850～950℃,应变速率0.01～0.37 s^-1。     

陶瓷3D打印挤出光固化辅助成型工艺研究

基于墨水直写式打印(direct ink writing,DIW)的3D打印技术使3D打印材料摆脱了材料属性的限制,为多种材料提供了实现增材制造的可能.为了保证打印成品件具有陶瓷材料优良的力学特性,对陶瓷材料的3D打印挤出成型过程中的各项工艺参数进行了研究.通过流体理论计算并使用Fluent对影响陶瓷材料小口径挤出过程的挤出速度、挤出口径等工艺参数进行了数值模拟,得到相关挤出工艺参数与挤出量之间的关系.基于数值模拟结果设计了包括电机挤出速度、挤出头口径、打印移动速度、打印层高度和激光固化功率为因素的试验,分析了各项工艺参数对挤出成型过程的不同影响.     

3D打印PLLA/HA复合组织工程骨支架及性能表征

为了解决羟基磷灰石(HA)骨支架降解难的问题,本研究通过在HA骨支架中加入具有良好降解性能的聚左旋乳酸(PLLA)来调节其降解速度.采用3D打印挤出成型设备制备出PLLA/HA复合多孔骨支架,探究不同PLLA质量分数下复合组织工程骨支架抗压强度、亲水性、降解率以及细胞毒性的变化.实验结果表明:五组不同材料配比的复合骨支...     

肝组织工程支架的微制造工艺

通过模拟自然肝脏的内部微结构，对肝组织工程支架进行仿生设计，构建了有利于人工肝向自然肝转化的肝支架孔洞与管道系统．结合光固化和微压印工艺制造了肝支架的硅橡胶模具，通过微复型工艺成型出生物可降解的壳聚糖／明胶复合肝支架．实验表明，普通光固化和掩膜光固化工艺可以实现最小尺度为200μm的微结构制造，精密光固化工艺不仅可以在同一模具上制造出具有良好复型精度和边缘特征的肝细胞孔洞（200-300μm）和血管管道（100-200μm），而且还可以制造出具有半通透功能的微管道（13．1～30μm）．因此，提出的微制造方法能成型出复杂的肝组织工程支架系统，可保证多种肝脏细胞的有序分布，并且为组织工程肝脏支架材料微观结构的模拟提供了参考．