[发明专利]一种基于生物高分子预制棒材的熔融沉积型3D打印方法

说明书

本发明公开一种基于生物高分子预制棒材的熔融沉积型3D打印方法。该方法是提供一种生物预制棒材与特制打印喷头有效结合新型打印方法，本发明结构原理简单，操作方便、可以制造出自由度更高的定制化生物材料预制棒，并且在后续应用中，在保证棒材顺利推进熔化挤出同时维持有机高分子材料本身的优越性能，并且有效避免了在实际打印过程中生物医用高分子材料污染和浪费。

技术领域

本发明属于生物医药工程技术领域，涉及一种生物高分子预制棒材与降温打印喷头有效结合新型打印方法，在保证棒材顺利推进熔化挤出同时维持有机高分子材料本身的优越性能，定量化棒材的设计有效避免在实际打印过程中生物医用高分子材料污染和浪费。

背景技术

3D打印技术(又称3D快速成型技术或者增材制造技术)是一项新型制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或者计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。目前3D打印技术在国际上已开始被应用于器官模型的制造与手术分析策划、个性化组织工程支架材料和假体植入物的制造、以及细胞或组织打印等方面。例如，在骨科、口腔颌面外科等外科疾病中通常需要植入假体代替损坏、切除的组织，以恢复相应的功能以及外观。

生物医用有机高分子材料因其优异物理化学性能和较高的机械强度及其良好的生物相容性，在生物3D打印过程中被广泛用作个性化组织工程材料以及细胞或者组织打印等方面。熔融沉积型技术(Fused Desopition Modeling，FDM)是热塑性高分子材料的3D打印主流技术之一，其利用热塑性材料的热熔型，粘接性，通过步进电机将热塑材料送进打印喷头并加热成融态挤出。传统的FDM所使用的原料通常为熔融温度偏低的热塑性高分子丝材。丝材生产成本低，加工性能良好，但其丝材易受热软化膨胀，堵塞进料喉管，影响连续稳定打印；现有技术实用新型专利(申请号：201620025599.9)公开了一种熔融沉积型3D打印机的降温打印喷头，该设计保证了耗材顺利推进和熔化挤出，提高了打印顺畅性。但实际FDM在医疗临床应用过程中，仍存在打印耗材易受潮氧化等问题，会直接影响成型件的质量和性能，同时丝材通常生产量大，材料成本高，在医学工程使用过程中容易造成材料污染和浪费等问题仍得不到解决；另外在组织工程领域支架制作过程中出现另一种颗粒式进料喷头装置，它采用圆柱料筒加热热塑性粒料使其熔化，并保持在恒定熔融温度下，通过气压或螺杆实现熔融物从喷嘴定量挤出，这种进料方式，成形材料广，打印精度高，但粒料需在料筒中完全加热熔融后挤出成型，不仅容易导致材料挂壁现象，而且高温长时间加热易造成分子键断裂，材料降解，严重影响高分子材料的良好性能。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中存在的以上技术问题，提供一种生物预制棒材与特制打印喷头有效结合新型打印方法，在保证棒材顺利推进熔化挤出同时维持有机高分子材料本身的优越性能，并且有效避免了在实际打印过程中生物医用高分子材料污染和浪费。

为达到上述目的，本发明提供的一种预制棒与3D降温打印喷头有效结合的技术方案，具体步骤如下：

步骤(1)、生物高分子材料预制棒材的制备

1.1取一定量的高分子材料颗粒用粉碎机进行粉碎，并置于研钵中进一步研磨，将研磨后的粉状材料于真空干燥器中常温干燥一段时间后过筛，备用。

1.2粉状样品密度的测定：取单位体积的高分子材料粉末，电子天平测得其质量，计算出粉末的密度。

1.3称重：用游标卡尺测量粉压模具的高及内孔直径，计算出其容积。通过样品的密度，计算出加样的质量。用电子天平称取相同质量的样品。

1.4高压成型：将称取的粉末样品用硫酸纸加入粉压模具内，将称有样粉的模具放置在液压两面顶上，加压直至预压样品成圆柱状，继续匀速加压至一定压力保压一段时间，匀速减压后，取下模具的底盖，取出生物高分子预制棒材。