搜索
搜索
img
资讯中心
您所在的当前位置:
首页
>
>
行业新知 | 采用直接墨水书写和近红外诱导光聚合的组合方式3D打印无支撑多尺度陶瓷:骨组织工程

行业新知 | 采用直接墨水书写和近红外诱导光聚合的组合方式3D打印无支撑多尺度陶瓷:骨组织工程

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-06-20 10:28
  • 访问量:

【概要描述】

行业新知 | 采用直接墨水书写和近红外诱导光聚合的组合方式3D打印无支撑多尺度陶瓷:骨组织工程

【概要描述】

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-06-20 10:28
  • 访问量:
详情

近日,Guangyong Pan带领的团队在《European Polymer Journal》发表了题为Employing a combination of direct ink writing and near-infrared-induced photopolymerization facilitates 3D printing of unsupported multi-scale ceramics: The bone tissue engineering approach的研究,利用直接墨水书写(DIW)和近红外诱导上转换粒子辅助光聚合,能高效无支撑打印复杂3D结构,如人体骨骼、扭转弹簧、3D弯曲结构和悬臂梁等陶瓷结构。

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860424002045
122cc太阳集成游戏官网:/
如无法打开,请拷贝网址到浏览器查阅。

研究内容

瓷3D打印技术具有卓越的机械性能,可加速骨支架在牙科、骨科和骨组织工程等各种应用中的发展,是生物医学应用的理想选择,尤其是硬组织再生和骨组织工程 (BTE)。由于陶瓷材料固有的脆性和硬度特性,传统成型工艺难以制造形状复杂的陶瓷支架,限制了制造精度和速度。
本研究采用DIW和近红外诱导光聚合(NIRIP)相结合,有助于实现无支撑多尺度陶瓷的3D打印。

△图1,直接墨水书写程序和可用于DIW程序的各种生物墨水的交联方法:(A)DIW过程的示意图;(B)离子交联:离子(绿色)和带相反电荷的聚合物链之间的静电连接,从而形成支化网络;(C)酶交联:酶催化在聚合物生物分子之间产生强烈的化学键的过程;(D)光诱导交联:在光引发剂(黄色)存在下的交联。在紫外光或近红外光照射下,光引发剂产生自由基,引发官能化链之间的聚合反应;以及(E)热能诱导的交联:温度波动引起的结构变化,导致聚合物链的生成。

△图2,利用近红外-光热双重交联剂为高固体分陶瓷浆料提供准确、高效的DIW:(A)近红外光热协同辅助DIW印刷示意图。(b-e)绿色主体在左侧,每幅图像的右侧均为烧结陶瓷。

△图3,NIR-DIW分析了印刷部件的结构完整性和准确性。(A)用近红外光谱局部固化的不同直径(0.41毫米、0.60毫米、0.84毫米、1.25毫米、2.45毫米和3.50毫米)的喷嘴长丝。(B)使用NIR-DIW生产的悬臂丝(0.60、0.84、1.25和2.45毫米)显示在光学图像中。(C)由NIR-DIW打印的扭转弹簧结构为绿色主体(0.41 mm)、烧结体(0.60 mm)、0.84 mm和1.25 mm。(D)平桥结构,包括坯体和烧结体,使用1.25毫米喷嘴的近红外DIW生产。(刻度盘上的条表示5毫米)。(E)使用0.41 mm喷嘴打印的网格坯体和烧结体的光学图像;(F)网格烧结体的仰角;(G)网格坯体的扫描电子显微镜图像;(H)网格烧结体的扫描电子显微镜图像。

△图4,3D压电陶瓷结构的直接墨水书写(A)说明3D压电陶瓷结构的直接墨水书写以及柔性坯体的二次成型的工艺图。使用光学技术拍摄的陶瓷绿色物体的照片:(B)俯视图,(C)3D木桩结构的侧视图。所述坯体弯曲成(D)环状;然后(E)扭曲成带状螺旋。烧结的三维PZT组件的光学图像:(F)由3D木桩结构制成的脚手架;(G)弯曲成环状或(H)扭曲成螺旋的形状,以及(I)具有不同跨度的无支撑结构。

△图5,示意图说明了NIR-DIW和实时FTIR光流变学分析的使用。(A)说明近红外诱导DIW的设置的示意图;(B)用于NIR-DIW打印的各种构型和化学过程;(C)用于监测近红外诱导光聚合的实时傅里叶变换红外(FTIR)流变学分析。

△图6,近红外线辅助直接墨水书写,利用彩色墨水和各种条件;(A)利用不同喷嘴的花纹细丝。将乙烯基团转换为喷嘴直径;(B)俯视;和(C)核壳多色长丝的侧视图;(比例尺=2毫米);(D)独立的螺旋结构,带有红色颜料;(E)独立的M−形状的悬臂结构,带有蓝色颜料;(比例尺=1厘米)。引发体系的匹配以及不同光聚合条件之间的差异:(F)近红外照射后;(G)原位近红外固化;(标尺=1 mm)。

 

研究结论

该研究综述了利用光辅助直接墨水书写技术打印出无需支撑的多尺度陶瓷结构在骨组织工程中的应用。尽管紫外辅助光聚合能够固化3D打印产品,但在固化强度和平衡效果范围方面存在挑战,难以实现多尺度并行化。为解决这些问题,采用了近红外诱导的直接墨水书写方法,可以使用直径达4 mm的喷嘴进行打印和即时固化。此方法可用于骨组织工程,制作基于患者需求的复杂骨骼结构。

扫二维码用手机看

更多资讯

行业新知 | 《Nature Sustainability》3D打印的可持续性分析
行业新知 | 《Nature Sustainability》3D打印的可持续性分析
尽管3D打印可以在一定程度上减少材料浪费,但相较传统制造工艺,它可能存在较低的材料效率和高能耗的问题。然而,通过全面的生命周期分析,可以识别和解决这些问题,进而推动新型可持续材料和工艺的发展。 △该研究的题目为“可持续增材制造的愿景” 原文链接:https://www.nature.com/articles/s41893-024-01313-x 122cc太阳集成游戏官网:/ 如无法打开,请拷贝网址到浏览器查阅。   研究内容 近日,一组研究人员在《自然·可持续性》杂志上发表了题为《可持续增材制造的愿景》的文章,概述了他们对可持续和循环增材制造生态系统的愿景。他们提出,通过系统级方法开发,3D打印可以支持更环保的制造过程。这意味着需要在增材制造流程链的各个阶段整合可持续性,包括设计3D打印机、开发原材料工艺、选择供应链以及报废后的回收和再利用。 研究人员建议将可持续性优化设计融入现有的增材制造设计(DfAM)原则中,同时行业必须遵循全球可持续性倡议,如联合国可持续发展目标和欧洲绿色协议。 展望未来,他们提出了基于环境可持续实践的 "增材制造新角色 "的重要性。虽然增材制造 "本质上不是循环或可持续的",但他们认为,增材制造在创建循环经济方面可以发挥关键作用。   △研究人员对可持续增材制造的愿景   3D打印可持续吗 这些研究人员来自意大利、荷兰、新加坡、瑞士、瑞典和美国的大学。他们概述了全球气候变化、生物多样性丧失以及政治动荡对原材料供应的威胁。 支持3D打印的一个常见论点是,它可以减少材料浪费。然而,研究人员指出,现实并非非黑即白,“大量减少废料的情况很少发生”。 研究表明,虽然增材制造有时可以减少材料浪费,但这在很大程度上取决于具体的3D打印技术和应用场景。 与传统制造工艺如注塑、铸造和挤压相比,3D打印工艺的材料效率较低。例如,聚合物粉末床熔融(PBF)可以产生高达44%的塑料粉末废料。此外,基于光固化树脂的打印会产生液态树脂废料,而3D打印的支撑结构经常被丢弃。 论文还概述了3D打印机能源使用对环境的负面影响。研究显示,大多数聚合物3D打印机的能耗超过了注塑ABS塑料的总能耗。同样,增材制造在加工每公斤金属材料时的能耗也高于铸造、模塑、锻造或挤压等传统工艺。 研究人员还质疑了增材制造能消除运输排放的说法。他们解释说,3D打印所需的原材料仍然需要全球运输,增材制造仅减少了“运输不同部件所用材料”的需求。 如何克服这些关于3D打印的误解?作者认为,答案在于进行更全面、基于背景的生命周期分析(LCA)。未来的分析应明确3D打印在何种方面存在可持续性问题。如果不考虑材料生产和生命周期末期的影响,可能会错失开发新型可持续3D打印材料和工艺的机会。 △研究人员对可持续增材制造的愿景   如何使3D打印更具可持续性 接下来,作者概述了如何使增材制造更具可持续性,并认为需要对3D打印工艺、机器和材料进行重新设计。其中一项建议是采用生物复合浆料替代直接墨水写入(DIW)3D打印中的塑料熔化。这种部件使用的材料和壁厚分别是直接墨水写入部件的五倍,对环境的影响却只有直接墨水写入部件的一半。然而,研究人员指出,要实现这一愿景,需要进一步改进这些浆料的机械性能。 此外,他们还强调了提高3D打印材料回收率的重要性。目前,多材料3D打印机导致可回收聚合物难以回收,因为它们无法相互分离并积累杂质。因此,作者认为这些材料应设计成可堆肥的成分,以实现环保的处理方式。 为提升增材制造的可持续性,下一步建议是利用可持续设计工具。作者建议将可持续发展功能纳入现有的DfAM工作流程中。例如,可以将生命周期评估集成到优化软件中,以指导材料选择、工艺参数和几何形状。 △一种偏远地区3D打印可持续风力发电机叶片的方案   3D打印的可持续发展潜力 作者进一步阐述了如何利用增材制造技术使现有的设计实践更具可持续性。他们认为,所有产品的设计都应便于维修和维护。在备件的大规模生产和长期储存不再成本效益时,快速成型制造技术可以按需生产备件。 此外,作者建议进行可升级性设计。制造商应关注更新现有产品,通过增加新特性和功能来满足客户不断变化的需求,从而延长产品寿命并减少浪费。然而,他们也承认,要确保这种商业模式的盈利能力,需要进一步的探索。 另一个设计考虑因素是零部件在生命周期结束后的可再利用性。这种方法旨在使零件易于拆卸并重新组装成新产品,赋予零件第二次生命。作者认为增材制造非常适合这种应用,但强调实现这一目标需要新的指导方针、决策支持和智能系统。 最后,研究人员指出,产品的设计应考虑到可回收利用。这通常导致原材料在质量上的降级循环利用。虽然增材制造已用于加工含不同比例回收成分的材料,但由于杂质可能导致打印失败,因此需要更多研究来确定如何最佳处理回收原料。 △一种可持续和可回收的3D打印粉末材料   可持续增材制造的未来 为了实现这一目标,该报告指出,需要最大限度地提高3D打印机的利用率,即减少全天候工作的3D打印机数量。这是因为这些技术可以减少生产每个部件所需的资源消耗和能源消耗,相比传统制造方法,可以达到10倍或者甚至100倍的减少。此外,还需要利用新一代技术和材料,以及考虑到增材制造可持续发展优势的设计流程。   研究人员最终认为,只有当主要利益相关者在实现可持续发展目标方面具有相同的意图和承诺时,才能实现他们对可持续增材制造的愿景。
了解详细
122cc太阳集成游戏
可进行留言
可进行留言

版权所有 2021 122cc太阳集成游戏(中国)集团有限公司-百度百科  粤ICP备16050384号   网站建设:中企动力 深圳