HA/PCL骨组织工程支架3D打印工艺及性能研究
发布时间：2021-08-31 23:12
骨骼受损是日常生活中常见的疾病之一,治疗该疾病的方法为骨骼移植技术,对于骨骼缺失严重的患者需采取人造钛合金植入的方法,这两种方法都有各自的劣势,组织工程作为一个新兴领域在一定程度上弥补了目前的不足,组织工程支架移植技术在治疗骨骼缺损的病症上体现出广阔的前景。本课题选用具有较好生物相容性生物高分子材料聚己内酯（PCL）和具有良好骨传导性的羟基磷灰石（HA）为原料,利用自主研发的螺杆挤出三维打印机完成了 PCL 3D打印和HA/PCL 3D打印工艺研究,成功制备出具有一定孔隙率和力学性能的组织工程支架,有望在骨组织工程中得到应用。本文基于熔融沉积成型（FDM）基本原理,研发了一套利用螺杆熔融塑化、熔体泵精确计量的三维打印成型装置,研究了该装置的成型工艺,并利用该设备开展了组织工程支架的3D打印研究。主要的研究内容和结论如下:（1）利用该设备打印PCL颗粒原料,研究了打印温度和打印层高对打印精度的影响,通过实验研究提高了 PCL制品的打印精度。研究该工艺和注射成型工艺制备的制品的力学性能,对比实验数据得到该工艺制备的PCL制品拉伸强度和弯曲强度均比注射成型高。（2）通过双螺杆挤出机和切粒机分...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?３Ｄ打印流程图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?３Ｄ?ｐｒｉｎｔｉｎｇ??
丙烯腈－苯乙烯丙烯酸酯（ＡＳＡ）、尼龙、聚碳酸酯（ＰＣ）、??聚苯砜、聚醚酰亚胺、聚乳酸（ＰＬＡ）、热塑性聚氨酯等。这些材料特性使其成为汽??车，航空航天，医疗和其他行业理想选择。材料挤出成型的优势是装置简易，具有成??本低，灵活便捷，劣势是打印速度慢，成型制品强度低。??（１）材料挤出装置（２）村料堆叠成型（３）三维运动平台??（１）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ；?（２）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｔａｃｋｉｎｇ；?（３）?３Ｄ?ｍｏｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??图１－３挤出成型工艺原理图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｍｏｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??光聚合固化成型技术利用的是液态光敏树脂在紫外线照射作用下发生化学反应??从而固化成型的一种技术，基本原理如图１－４所示，通过计算机辅助设计软件设计出??三维模型，然后分层切片，将紫外线投射到每一层截面处的位置，固化一层截面后平??台下降一个层高，继续固化下一个截面，层层堆积从而成型出一个三维模型制品，成??型结束后将制品从树脂槽中取出清洗掉制品表明多余的树脂得到我们所需的制品。光??聚合固化成型技术分为立体平板印刷（ＳＬＡ）和数字光处理（ＤＬＰ）两种，这两种技术??的基本原理相同，不同之处在于ＳＬＡ使用的是点光源，ＤＬＰ使用的是面光源，使用??高分辨率的数字光处理器投影仪来照射液态光聚合物，因此ＤＬＰ成型速度快，应用??更广泛。光聚合固化成型具有效率高，表面精度高的优势，但制品的强度较低。光聚??合固化成型在装饰品、汽车零配件和管道配件等领域中有一定的应用。??５??
?北京化工大学硕士学位论文???Ｌａｓｅｒ?／ｖ．??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｌａｙｅｒｓ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ?ｒｅｓｉｎ??；ｎ?ｎ?Ｊ?／??Ｐｌａｔｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｐｉｓｔｏｎ??图】－４光聚合固化成型原理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｉｎｇ??选区激光烧结使用的材料是粉末材料，一般有蜡粉，金属粉末，塑料粉末陶瓷粉??末等。选区激光烧结的基本原理如图１－５所示，将粉末材料预先铺到粉末床，激光器??在计算机控制下根据分层切片信息将激光打到需要成型的粉末材料区域，该区域的粉??末表面在激光投射的高能量下熔融，熔融的颗粒表面会有重熔区，重熔区迅速冷却粘??接在一起从而激光扫过的区域粘接成型，成型完一层后，粉末传送系统将粉末铺到下??一层成型下一层截面区域，层层堆积从而打印出三维制品。选区激光烧结成型的优点??是成型制品精度高，强度高，缺点是成本高，打印速度慢。目前选区激光烧结技术在??航天航空零部件，珠宝和牙科中有一定的应用。??Ｉ?＾?Ｉ—￣??＊＊ａｓｅｒ?Ｋ?＿Ｐｏｗｄｅｒ??ＡＰｅｄ??＂＂＂＂＂＂＂＂?飞??＿＿＿?＿＿ｊ??ｐｏｗｄｅｒ?个?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ??Ｄｅｌｉｖｅｒｙ??Ｓｙｓｔｅｍ?Ｕ?ＰｌＳｔＯＤ??图１－５选区激光烧结成型原理图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｉｎｇ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合材料的3D打印及性能[J]. 向声燚,焦志伟,马昊鹏,杨勇,李荣军,杨卫民. 工程塑料应用. 2018(08)
[2]3D打印制备HA/PCL复合材料组织工程支架的研究[J]. 向声燚,焦志伟,刘晓军,李飞,苗剑飞,杨卫民. 北京化工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[3]聚己内酯3D打印成型工艺研究及力学性能分析[J]. 向声燚,焦志伟,苗剑飞,刘晓军,杨卫民. 中国塑料. 2018(04)
[4]选区激光烧结用覆膜锆砂的制备及其SLS成形工艺研究[J]. 梁小文,王德清,徐志锋,赵开发,聂明明. 铸造. 2017(08)
[5]3D打印成形件后处理工艺综述[J]. 侯高雁,朱红,刘凯,谢丹. 信息记录材料. 2017(07)
[6]选择性激光烧结法构建纳米羟基磷灰石与聚己内酯复合材料人工骨支架[J]. 金光辉,孙晓飞,夏琰,章云童,李超,张馨文,杨巧巧,王泽坤,谢杨. 第二军医大学学报. 2015(12)
[7]冷冻干燥法制备CS/AMPS/PEGDA光交联多孔水凝胶及其性能[J]. 周慧通,方大为,王波,王克敏,聂俊,马贵平. 材料科学与工程学报. 2015(03)
[8]选择性激光烧结技术构建HA/PCL骨组织工程支架的研究[J]. 郭凌云,袁建兵,夏琰,王卓,黄远亮. 口腔材料器械杂志. 2015(02)
[9]静电纺丝制备组织工程支架的研究进展[J]. 何凤利,何进,尹大川. 材料导报. 2014(23)
[10]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
硕士论文
[1]基于超声波焊接的PE/木粉复合材料分层实体制造技术研究[D]. 刘芬芬.东北林业大学 2015
[2]聚合物熔体泵及其输运系统的研制与开发[D]. 张伟.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3375788
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?３Ｄ打印流程图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?３Ｄ?ｐｒｉｎｔｉｎｇ??
丙烯腈－苯乙烯丙烯酸酯（ＡＳＡ）、尼龙、聚碳酸酯（ＰＣ）、??聚苯砜、聚醚酰亚胺、聚乳酸（ＰＬＡ）、热塑性聚氨酯等。这些材料特性使其成为汽??车，航空航天，医疗和其他行业理想选择。材料挤出成型的优势是装置简易，具有成??本低，灵活便捷，劣势是打印速度慢，成型制品强度低。??（１）材料挤出装置（２）村料堆叠成型（３）三维运动平台??（１）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ；?（２）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｔａｃｋｉｎｇ；?（３）?３Ｄ?ｍｏｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??图１－３挤出成型工艺原理图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｍｏｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??光聚合固化成型技术利用的是液态光敏树脂在紫外线照射作用下发生化学反应??从而固化成型的一种技术，基本原理如图１－４所示，通过计算机辅助设计软件设计出??三维模型，然后分层切片，将紫外线投射到每一层截面处的位置，固化一层截面后平??台下降一个层高，继续固化下一个截面，层层堆积从而成型出一个三维模型制品，成??型结束后将制品从树脂槽中取出清洗掉制品表明多余的树脂得到我们所需的制品。光??聚合固化成型技术分为立体平板印刷（ＳＬＡ）和数字光处理（ＤＬＰ）两种，这两种技术??的基本原理相同，不同之处在于ＳＬＡ使用的是点光源，ＤＬＰ使用的是面光源，使用??高分辨率的数字光处理器投影仪来照射液态光聚合物，因此ＤＬＰ成型速度快，应用??更广泛。光聚合固化成型具有效率高，表面精度高的优势，但制品的强度较低。光聚??合固化成型在装饰品、汽车零配件和管道配件等领域中有一定的应用。??５??
?北京化工大学硕士学位论文???Ｌａｓｅｒ?／ｖ．??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｌａｙｅｒｓ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ?ｒｅｓｉｎ??；ｎ?ｎ?Ｊ?／??Ｐｌａｔｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｐｉｓｔｏｎ??图】－４光聚合固化成型原理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｉｎｇ??选区激光烧结使用的材料是粉末材料，一般有蜡粉，金属粉末，塑料粉末陶瓷粉??末等。选区激光烧结的基本原理如图１－５所示，将粉末材料预先铺到粉末床，激光器??在计算机控制下根据分层切片信息将激光打到需要成型的粉末材料区域，该区域的粉??末表面在激光投射的高能量下熔融，熔融的颗粒表面会有重熔区，重熔区迅速冷却粘??接在一起从而激光扫过的区域粘接成型，成型完一层后，粉末传送系统将粉末铺到下??一层成型下一层截面区域，层层堆积从而打印出三维制品。选区激光烧结成型的优点??是成型制品精度高，强度高，缺点是成本高，打印速度慢。目前选区激光烧结技术在??航天航空零部件，珠宝和牙科中有一定的应用。??Ｉ?＾?Ｉ—￣??＊＊ａｓｅｒ?Ｋ?＿Ｐｏｗｄｅｒ??ＡＰｅｄ??＂＂＂＂＂＂＂＂?飞??＿＿＿?＿＿ｊ??ｐｏｗｄｅｒ?个?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ??Ｄｅｌｉｖｅｒｙ??Ｓｙｓｔｅｍ?Ｕ?ＰｌＳｔＯＤ??图１－５选区激光烧结成型原理图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｉｎｇ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合材料的3D打印及性能[J]. 向声燚,焦志伟,马昊鹏,杨勇,李荣军,杨卫民. 工程塑料应用. 2018(08)
[2]3D打印制备HA/PCL复合材料组织工程支架的研究[J]. 向声燚,焦志伟,刘晓军,李飞,苗剑飞,杨卫民. 北京化工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[3]聚己内酯3D打印成型工艺研究及力学性能分析[J]. 向声燚,焦志伟,苗剑飞,刘晓军,杨卫民. 中国塑料. 2018(04)
[4]选区激光烧结用覆膜锆砂的制备及其SLS成形工艺研究[J]. 梁小文,王德清,徐志锋,赵开发,聂明明. 铸造. 2017(08)
[5]3D打印成形件后处理工艺综述[J]. 侯高雁,朱红,刘凯,谢丹. 信息记录材料. 2017(07)
[6]选择性激光烧结法构建纳米羟基磷灰石与聚己内酯复合材料人工骨支架[J]. 金光辉,孙晓飞,夏琰,章云童,李超,张馨文,杨巧巧,王泽坤,谢杨. 第二军医大学学报. 2015(12)
[7]冷冻干燥法制备CS/AMPS/PEGDA光交联多孔水凝胶及其性能[J]. 周慧通,方大为,王波,王克敏,聂俊,马贵平. 材料科学与工程学报. 2015(03)
[8]选择性激光烧结技术构建HA/PCL骨组织工程支架的研究[J]. 郭凌云,袁建兵,夏琰,王卓,黄远亮. 口腔材料器械杂志. 2015(02)
[9]静电纺丝制备组织工程支架的研究进展[J]. 何凤利,何进,尹大川. 材料导报. 2014(23)
[10]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
硕士论文
[1]基于超声波焊接的PE/木粉复合材料分层实体制造技术研究[D]. 刘芬芬.东北林业大学 2015
[2]聚合物熔体泵及其输运系统的研制与开发[D]. 张伟.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3375788
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