3D打印聚酰亚胺研究进展

聚酰亚胺(PI)是一种综合性能优异的特种工程塑料,已经被广泛应用于航天航空、汽车制造、微电子等重要技术领域;因其难溶难熔特性,PI加工成形尤其是复杂结构件的制造严重受限。然而,3D打印技术(也称“增材制造”)是一种以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来构造复杂物体的技术,具有控形控性的特点,为PI智能制造的发展和应用提供新的技术路径。因此,本文就近年来国内外针对PI的3D打印研究现状,综述PI材料3D打印制造的研究进展和发展趋势,重点介绍了熔融成型3D打印热塑性PI和热固性PI、光固化3D打印PI及直写挤出3D打印PI的研究进展。     

聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工的研究

高分子材料3D打印加工可制备传统加工不能制备的形状复杂的高分子制件,是近年来发展很快的先进制造技术。但适用于3D打印加工的高分子材料种类少,结构功能单一,难以制备高分子功能器件。本文介绍了我们在聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工方面的研究工作:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、超声辐照、分子复合等技术制备适合于选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)的聚合物基微纳米功能复合材料;实现了聚合物基微纳米功能复合粉体的SLS加工和功能复合丝条的FDM加工;研究了3D打印低维构建、层层叠加、自由界面成型、复杂固-液-固转变过程;建立了功能复合粉体球形化技术,发明了直接熔融挤出新型FDM打印机;制备了常规加工方法不能制备的数种形状复杂的功能器件,如尼龙11/钛酸钡压电器件、柔性聚氨酯/碳纳米管传感器、个性化人颌骨模型等,突破了传统加工难以制备复杂形状制品和目前3D打印难以制备功能制品的局限。     

3D打印生物医用材料研究进展

3D打印(亦称增材制造)技术因其独特的材料成型优势,在组织工程、航空航天、汽车制造、以及电子工业等众多领域显示出巨大的应用潜力。然而,在实际生物医学应用中,3D打印生物器件和组织器官除了要求具有复杂的结构和优异的生物学性能外,其打印结构的表面性质也需满足某些特定的要求,如3D打印组织骨架和器官必须具有生物相容性、抗菌性及细胞粘附性等。因此,将3D打印与传统表面修饰技术相结合,在不改变材料三维结构的基础上调控其表面生物化学性质,从而赋予3D打印生物骨架器官多功能化,可实现更为广泛的应用。本文以3D打印生物骨架及器官的表面修饰为主要内容对就近年来3D打印生物医用材料的最新研究进展进行了综述。     

3D打印用光敏树脂的高性能化及功能化研究进展

3D打印,又称增材制造,是一项新兴的智能制造技术。光固化3D打印技术是增材制造的主要方向之一,具有成型精度高、打印速度快及工艺成熟等优点。处在高速发展之中的光固化3D打印技术对光敏树脂提出了越来越高的要求,3D打印用光敏树脂的高性能及功能化研究受到极大关注。本文综述了高性能光敏树脂的最新研究进展,重点讨论了其用于构筑复杂结构导电导热聚合物、形状记忆聚合物、特殊浸润性聚合物、生物医用聚合物及凝胶材料的设计思路及相应构件所展示的优异功能性,同时对光敏树脂基3D打印材料的发展趋势及应用前景进行了分析和展望。     

光固化3D打印聚酰亚胺研究进展

近年来,光固化3D打印技术因高精度、定制化、整体免装配以及快速制造等成形优点,用于解决聚酰亚胺(polyimide, PI)的微型精密、异形复杂及其功能结构一体化制造技术难题,受到了研究者的广泛研究和关注。基于光固化3D打印成形原理与PI的物理化学特性,发展了一系列光固化3D打印PI材料及其成形技术。本文归纳总结了光固化3D打印PI材料设计制备准则,重点介绍了立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)和紫外辅助直书写技术(UV-DIW)等光固化3D打印PI研究进展,最后通过光固化3D打印PI的应用和产业化现状提出研究发展对策。     

光固化3D打印教学实验设计与研究

光固化3D打印技术作为目前较为成熟的一类增材制造技术，在打印成型过程中包括三维建模、光敏树脂制备、打印参数调控、后处理等步骤，内容涉及机械、光学、高分子化学、软件工程学等相关知识。为提升本科生的实验兴趣和实验技能，进一步培养其科研和创新意识，我们面向本科生设计了基于光固化3D打印技术的创新实验。实验采用基于光引发自由基聚合的数字光处理(DLP)3D打印技术，通过对打印过程全流程的参与实践，达到让学生了解3D打印的原理、打印材料的合成和打印技术的过程等相关知识，从而达到可以自主操作完成光固化3D打印的实验教学目的。最后，通过对实验结果的分析，进一步培养学生分析问题和解决问题的能力。     

3D打印nHA/PEEK-AgNPs复合多孔支架的制备与性能

通过熔融沉积成型3D(FDM 3D)打印技术进行打印，制备成nHA/PEEK复合多孔支架。再采用多巴胺氧化聚合和硝酸银化学还原法，在支架表面形成银纳米颗粒涂层，从而制备出nHA/PEEK-AgNPs复合多孔支架。nHA/PEEK-AgNPs具有独特的三维多孔结构，表面接触角约为(33.2±3.65)(°)，展示出较好的亲水性。力学测试结果显示，nHA/PEEK-AgNPs多孔支架的最大压缩强度为(47.4±3.9) MPa，明显高于PEEK组的(36.3±7.3) MPa。同时，最大弹性模量与PEEK组无明显差异，表明复合材料的力学强度与PEEK多孔支架相比有所增强。抑菌实验结果显示，对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抑菌性，抑菌率分别达到(89.4±2.4)%和(85.8±4.4)%。细胞增殖检测结果显示，7 d内nHA/PEEK-AgNPs组在各个时间点的细胞增殖情况均明显优于PEEK组(P<0.05)。此外，nHA/PEEK-AgNPs具有较好细胞相容性和成骨活性。RT-PCR结果显示，14 d内，和PEEK相比，nHA/PEEK-AgNPs组细胞的Runx2基因表达水...     

丝素蛋白3D打印在生物医学领域中的应用

增材制造,也称为三维(3D)打印,正推动制造、工程、医学等领域的全面创新升级。3D打印技术由于能够个性化定制生物的复杂3D微结构,构建仿生的功能化活组织或人工器官,近十年来在生物医学领域中取得了长足的发展。丝素蛋白(SF)是一种来源丰富、生物可降解、力学性能优良、细胞相容性极佳的天然有机高分子,为3D打印墨水的设计提供了一种有前景的选择。然而,作为结构蛋白,单一组分的SF具有的生理功能有限,且其经过打印后的稳定性较差,限制了SF在3D打印以及生物医药领域中的进一步发展。为此,研究人员通过化学改性技术和先进3D打印技术相结合,使得改性后的SF能够更适用于3D打印,并发展成为一种具有应用价值的生物材料。本文综述了SF的结构特征、SF的化学修饰策略、打印墨水的制备策略以及3D打印SF材料在生物医学领域的最新应用进展,并展望了3D打印SF生物材料的未来发展趋势,为其在更广阔领域的应用提供一定的借鉴。     

光交联自支撑丝素蛋白水凝胶的三维快速成型

将丝素蛋白(SF)光诱导自交联原理与挤出式三维(3D)打印相结合, 开发了光交联自支撑SF水凝胶的原位成型加工技术. 采用旋转流变仪、 光流变测试系统和改装的挤出式3D打印设备等对SF溶液的流变性能、 光交联性能和成型加工性能等进行研究. 结果表明, SF溶液主要表现为黏性特征, 结构强度和稳定性均较差. 利用SF的光诱导自交联特性, 以三联吡啶氯化钌[Ru(Ⅱ)]和过硫酸钾(KPS)为蓝光引发体系, 可实现SF水凝胶的快速光交联成型. SF光交联行为符合指数函数增长模型, 因“滤镜效应”, 当Ru(Ⅱ)的浓度为0.05 mmol/L时, SF具有最佳的光交联性能. 通过调节气压、 针头孔径、 移动速度及固化速率等参数, 采用3D打印设备可实现从单层几何结构到多层三维网络构型SF凝胶材料的高效、 精准构建, 为SF的生物3D打印提供了新思路.     

聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷

3D打印制备陶瓷可以实现结构-材料设计一体化,为复杂形状陶瓷材料快速成型提供了新途径。但是传统的3D打印制备陶瓷是以陶瓷粉末或陶瓷颗粒为打印材料,存在陶瓷构件尺寸精度差、表面光洁度低和力学性能不佳等问题。近年来,以聚合物前驱体为打印材料,通过3D打印成型、高温裂解等工艺制备高性能陶瓷技术的出现为改善这些不足提供了新方法,成为3D打印陶瓷领域的研究热点。本文概述了聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷的研究进展,重点阐述了本体聚合物前驱体、聚合物前驱体/光敏化合物、聚合物前驱体/巯基化合物、光敏基团改性聚合物前驱体、增强体/聚合物前驱体五种典型材料体系的研究现状,并对其今后的发展方向进行了展望。     

光固化3D打印技术及光敏树脂的开发与应用

光固化3D打印技术因速度快、精度高、环境友好等优势,已成为一类广泛应用的快速成型工艺.光敏树脂作为光固化3D打印的主体材料,对器件的性能与应用有着决定性影响.本文先介绍了几种已普及和新开发的光固化3D打印成型原理;并对光敏树脂的组成、分子结构和器件性能间的构-效关系进行了分析;进而对光固化3D打印及树脂的应用进行分类介...     

3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

3D打印技术能够根据不同患者需要,快速精确制备适合不同患者的个性化生物医用高分子材料,并能同时对材料的微观结构进行精确控制.因此,这种新兴的医用高分子材料制备技术在未来生物医学应用(尤其是组织工程应用)中具有独特的优势.近年来,对于3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究开发受到了越来越多的关注.不同的生物相容高分子原料被应用于3D打印技术,而这些3D成型高分子材料被用于体外细胞培养,或动物模型的软组织或硬组织修复中.本文主要介绍了近年来3D打印技术在生物医用高分子材料制备中的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

3D打印MXene气凝胶基微型超级电容器技术与材料研究进展

微型超级电容器(Micro-supercapacitors,MSCs)作为便携、可穿戴、可植入的微型能量存储单元,因高功率密度、瞬间充放电及长循环寿命的优势,在柔性微型电化学储能技术中取得了快速发展。MXene基气凝胶材料因其三维多孔网状结构、优越导电性、亲水性等优势,能够缩短离子传输路径与提高电荷转移效率,在构建柔性MSCs中发挥重要作用,如活性电极材料、柔性导电集流体、油墨印刷等。然而,开发低价、高效、高性能的柔性MSCs器件仍面临诸多挑战。三维(3D)打印能够构建几何形状复杂的3D结构,制造不同尺寸和形状的微型储能器件。为了优化其电化学性能,分别对3D打印技术分类及其最新进展、可打印MXenes材料的设计原理研究进行了综述,总结了它们在与可穿戴电子设备集成MSCs设备中的应用。并对MXenes材料在解决3D打印MSCs的挑战性问题与发展前景做出展望。     

3D打印TPU软材料工艺参数对层间粘接的影响

将热塑性聚氨酯弹性体(TPU)软材料通过挤出机制成线料,并用改进的基于熔融沉积原理(FDM)的3D打印机进行打印,考察了打印参数对打印物形貌及层间粘接强度的影响.研究发现,软硬段含量适宜的TPU弹性体软材料可用于FDM模式3D打印,打印层高对打印物的形貌影响较大,层高较大时,层间粘接面积小,打印物易发生变形;层高较小时,层间粘接面积大,打印物层与层之间出现挤压变形.同等条件下,TPU软材料3D打印物层间粘接强度为模压样品的70%左右,而硬质材料ABS的3D打印物层间粘接强度仅为模压样品的48%.研究还发现,层高设置及热台温度对打印物层间粘接强度影响较大,而打印速度和打印温度对样条层间粘接强度影响较小.采用TPU弹性体软材料打印的试样具有良好的回弹性,可弯折,试样外轮廓尺寸误差在1.65%以内.     

3D打印用高分子材料及其复合材料的研究进展

3D打印技术亦称为增材制造,是基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。作为第三次工业革命的代表性技术之一,3D打印材料是影响3D打印技术发展与应用的关健因素。而高分子聚合物在打印材料中占据主要地位,其中高分子复合材料具有明显优势。本文综述了近年来3D打印用高分子材料及其复合材料的研究现状,包括高分子丝材、光敏树脂、高分子粉末、高分子凝胶及其它高分子材料,并对高分子材料在3D打印领域的发展进行了展望。     

3D打印用高分子材料及其复合材料的研究进展北大核心CSCD

3D打印技术亦称为增材制造,是基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。作为第三次工业革命的代表性技术之一,3D打印材料是影响3D打印技术发展与应用的关健因素。而高分子聚合物在打印材料中占据主要地位,其中高分子复合材料具有明显优势。本文综述了近年来3D打印用高分子材料及其复合材料的研究现状,包括高分子丝材、光敏树脂、高分子粉末、高分子凝胶及其它高分子材料,并对高分子材料在3D打印领域的发展进行了展望。     

光固化3D打印及其在齿科行业中的应用

光固化3D打印是最早出现的3D打印技术,经过30多年的发展,先后发展出液态树脂固化或光固化（stereolithography,SLA）、数字光处理（digital light processing,DLP）、液晶显示（liquid crystal display,LCD）、连续无分层液体界面提取技术（layerless continuous liquid interface production,CLIP）、双光子3D打印（two-photon polymerization,TPP）、全息3D打印技术等多种打印技术。光固化3D打印技术具有精度高、成型速度快等特点,因此在许多领域都有良好的应用,且前景广阔。在众多领域中,齿科领域个性化特征明显,对打印材料精度要求高,是目前光固化3D打印最有应用潜力和高附加值的领域。本文综述了光固化3D打印技术的种类、原理和技术的优缺点,并简述了光固化3D打印在齿科领域的应用。     

光固化生物3D打印研究进展及其在生物医药领域的应用

生物3D打印是一种利用活细胞、生物分子和生物材料打印生物医学结构的增材制造方法.光固化生物3D打印利用光对生物墨水进行时空控制实现3D结构的精确构筑,具有高效、副产物少的特点,被广泛用于组织工程和再生医学领域.本文对光固化反应的化学原理、常用于光固化生物3D打印的天然、合成生物材料和光固化生物3D打印的工艺、前沿方法进行了总结,并介绍了各工艺在生物医药领域的相关应用,最后展望了光固化生物3D打印面临的问题和未来的发展方向.     

3D打印微流控芯片技术研究进展

近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势.然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用.近年来随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片.相比于传统的微加工技术,3D打印微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势.本文针对近年来国内外在3D打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用,并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望.     

植物纤维及其提取物增强聚合物的3D打印成型研究

3D打印技术作为新型成型技术,近年来受到了巨大的关注,但常见的PLA、ABS等单体打印耗材由于其自身的不同缺点,限制了其进一步的应用。本文综述了植物纤维及其提取物增强聚合物复合材料在3D打印领域的应用研究进展,重点阐述了木纤维、竹纤维,秸秆纤维等常见植物纤维用于3D打印的研究现状,还介绍了纤维素、木质素、半纤维素等植物纤维提取物增强聚合物用于3D打印的研究情况。同时对植物纤维/聚合物材料存在的一些问题及改性方法进行了分析与展望。