《D打印技術(shù)》doc

1、快速成型技術(shù)論文作業(yè)三維打印成型技術(shù)最新研究進(jìn)展姓 名：杜延輝 學(xué) 號(hào)：1000404040 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 院 系： 機(jī)械工程學(xué)院 2013年10月27日摘要 采用三維打印成型工藝和反應(yīng)熔體滲透工藝相結(jié)合制備復(fù)合材料，可在較大范圍內(nèi)設(shè)計(jì)材料成分和微結(jié)構(gòu)，并可近尺寸制備復(fù)雜形狀的部件。該方法為航空領(lǐng)域熱結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)和制造提供了新途徑。關(guān)鍵詞 三維打印 成型 材料三維打印成型工藝的最新研究進(jìn)展與成果三維打印成型是一種快速原型技術(shù)，可將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模型構(gòu)建成三維實(shí)體。采用三維打印成型工藝和反應(yīng)熔體滲透工藝相結(jié)合制備復(fù)合材料，可在較大范圍內(nèi)設(shè)計(jì)材料成分和微結(jié)構(gòu)，并可近尺寸制備復(fù)雜

2、形狀的部件。該方法為航空領(lǐng)域熱結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)和制造提供了新途徑。采用三維打印成型工藝和反應(yīng)熔體滲透工藝相結(jié)合制備復(fù)合材料，可在較大范圍內(nèi)設(shè)計(jì)材料成分和微結(jié)構(gòu)，并可近尺寸制備復(fù)雜形狀的部件。該方法為航空領(lǐng)域熱結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)和制造提供了新途徑。三維打印成型工藝三維打印（ThreeDimonsionPrinting,3DP）是一種快速原型技術(shù)，可將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模型數(shù)據(jù)分為層片模型數(shù)據(jù)，將特定原材料一層一層堆積成型直至完成整個(gè)實(shí)體的構(gòu)建。三維打印后埋在粉體中的三維打印部件。3DP成型具有成本低、工作過程無污染、成型速度快等優(yōu)點(diǎn)，目前多應(yīng)用于多孔陶瓷過濾件和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。其中，采用間接三維打印工藝

3、可以控制多孔陶瓷的細(xì)觀孔隙分布。通過控制打印粉體的預(yù)處理工藝，即可調(diào)節(jié)粉體粒徑及粒徑分布等參數(shù)。調(diào)節(jié)打印工藝參數(shù)（如粉體層厚度和打印液的流變參數(shù)），即可改變打印部件的精度、孔隙率、孔隙分布和表面粗糙度等。可通過預(yù)燒結(jié)等工藝達(dá)到提高多孔陶瓷坯體強(qiáng)度和形狀穩(wěn)定的目的。3DP已被證明可以制造各種由金屬、陶瓷和聚合物材料組成的復(fù)雜形狀部件。與聚合物基材料不同，采用三維打印工藝制造金屬和陶瓷部件仍然處于研發(fā)階段，需要找到新材料和新方法克服現(xiàn)有工藝的不足。3DP的工藝特點(diǎn)為粉體顆粒堆垛并由粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，3DP坯體的孔隙較多，這導(dǎo)致3DP部件的強(qiáng)度較低。為了提高3DP材料的強(qiáng)度，需要采用后處理工藝，其中

4、常用的后處理工藝為燒結(jié)工藝，其燒結(jié)溫度需要一臨界值，既保證提高材料密度又不改變材料組織結(jié)構(gòu)和部件外形結(jié)構(gòu)。但是，燒結(jié)后的材料線收縮率很大，例如采用3DP工藝制備的致密Inconel718部件體積收縮高達(dá)19.5%21.5%3。對(duì)于陶瓷基材料，制備致密部件尤其需要采用合適的后處理工藝，這是近幾年研究的一個(gè)難點(diǎn)。本文將重點(diǎn)介紹采用三維打印工藝制備新型陶瓷基材料的研究狀況。三維打印成型設(shè)備的最新產(chǎn)品與技術(shù)情況（一）三維打印機(jī)的種類。目前有多種快速成形設(shè)備被稱為三維打印機(jī),但它們?cè)诔尚卧砩蠀s有所差別。三維打印機(jī)的成形原理主要有以下幾類。1)最早出現(xiàn)的三維打印機(jī)是基于MIT的專利,工作方式類似于噴墨打

5、印機(jī),成形時(shí)先在工作平面上鋪一層粉末材料,噴頭對(duì)分層截面區(qū)域噴灑粘接劑,將材料粘接在一起,完成一層后,工作臺(tái)下降一個(gè)層高,進(jìn)行下一層的成形,如此往復(fù)直至完成零件。采用這種成形方式的主要有ZCorporation公司的ZPrinter系列和ExOne公司的R系列三維打印機(jī),此類成形機(jī)能夠使用的材料種類比較多,包括石膏、塑料、陶瓷和金屬等,而且還可以打印彩色零件,成形過程中沒有被粘接的粉末起到支撐作用,能夠成形內(nèi)部具有復(fù)雜形狀的零件。這類成形機(jī)通過采用多打印頭和噴嘴來提高成形效率,如ZPrinter450成形機(jī)具有2個(gè)打印頭(604個(gè)噴嘴),成形速度為24層/分鐘,層厚為0108901203mm,

6、分辨率為300450dpi,成形尺寸為203mm254mm203mm。2)采用噴頭直接噴射熱塑性材料成形是另一種具有代表性的成形方式,如Solidscape公司的T系列成形機(jī)和3DSystems公司的ProJetTMCPX3000成形機(jī)。這種方式需要單獨(dú)的噴頭來噴射支撐材料在成形結(jié)束后再將支撐去除,成形精度、速度等受噴出微滴尺寸、噴頭運(yùn)動(dòng)速度等因素的影響。Solidscape公司的T612Benchtop成形機(jī),噴出液滴直徑為01076mm,成形層厚為0101301076mm,噴頭運(yùn)動(dòng)速度最高為50mm/s,成形工作室體積為30418mm15214mm15214mm。3)Objet公司基于其P

7、olyJetTM技術(shù)的三維打印機(jī)則采用液態(tài)光敏樹脂材料,在噴頭兩端裝有紫外線燈,樹脂被噴灑到工作平面上后,隨即被紫外線燈照射固化。該工藝的特點(diǎn)是精度高,每層厚度為01016mm,并可成形厚度小于016mm的薄壁墻等特征。4)Solido公司的SD300三維打印機(jī)則采用PVC薄膜層層堆積和切割的方式成形零件,設(shè)備大小和普通的噴墨打印機(jī)近似,成形尺寸為160mm210mm135mm,X2Y方向精度為011mm,Z向精度則受薄膜厚度限制,為01168mm6。（二）基于3DP的金屬零件制造方法利用3DP技術(shù)制造金屬零件的方法可以分為間接法和直接法兩大類,如圖1所示。間接法中的成形材料是非金屬材料,需要

8、結(jié)合傳統(tǒng)的工具、模具技術(shù)來制造金屬零件。直接法則是采用金屬材料來直接成形金屬零件。圖1金屬零件的成形方式分類間接法制造金屬零件在間接法中,根據(jù)三維打印機(jī)采用的成形材料又可以分為三種不同的工藝。1)利用3DP成形件代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具的母模來制作鑄型、電極等模具和工具。這種方式可以制作形狀較為復(fù)雜的模具和電加工工具。2)將3DP與熔模鑄造相結(jié)合。有的3DP生產(chǎn)商開發(fā)了專用于熔模鑄造的成形材料和成形機(jī),如ZCorpration公司的ZP14就是專用于制作熔模的材料,該材料由纖維素、特殊纖維和其他添加劑構(gòu)成,制作的成形件通過浸蠟就可以成為熔模,并可保證在吸收蠟時(shí)不變形,而且在加熱后的殘留物非常少7。3DSy

9、stems公司的VisiJetCPX200材料成分為蠟,專用于成形熔模鑄造的蠟型。Solidscape公司為其三維打印機(jī)開發(fā)的InduraCast成形材料,是一種熔點(diǎn)為95110熱塑性材料,專用于制作熔模9,圖2所示為用該公司三維打印機(jī)制作的熔模。InduraCast材料成形的熔模利用3DP可以直接、快速地制造出復(fù)雜形狀的蠟?zāi)?省去了傳統(tǒng)的蠟?zāi)Ｖ圃熘袎盒偷闹圃爝^程,因而可以顯著地縮短生產(chǎn)周期,降低成本,這在單件、小批量的生產(chǎn)中顯得尤為突出。3)利用3DP直接制造鑄模。如ZCorpration公司的ZCast工藝采用了一種由型砂、石膏和其他添加物的混合材料來直接打印出模具和模芯,直接用于有色金屬

10、零件的鑄造9。所示為ZCast工藝成形的鑄模。ZCast工藝制作的鑄模及零件ExOne公司的ProMetalRCT技術(shù)是一種專門制作砂型鑄造鑄型的3DP技術(shù),成形材料即為型砂,成形件(鑄型)不需要進(jìn)行特別的后處理工序,進(jìn)行清掃后就可以用于鑄造生產(chǎn)。該公司的S215成形機(jī)可成形1500mm750mm700mm的鑄型,速度為75秒/層。而采用ProMetalRCT工藝則可以在一次成形中制作出4個(gè)完整的模具和型芯,而所花費(fèi)的時(shí)間僅約48h。圖4a所示為燃?xì)廨啓C(jī)的靜葉片,這種空心的不銹鋼葉片對(duì)傳統(tǒng)的鑄造工藝是一大挑戰(zhàn)。圖4b所示的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管,采用ProMetalRCT工藝也在5個(gè)工作日左右就生產(chǎn)出

11、了鑄件。由于成形件(鑄模)是根據(jù)零件的三維CAD模型直接設(shè)計(jì)、成形的,不但省去了傳統(tǒng)砂型鑄造過程中模型、砂芯和砂箱制作,極大地縮短了鑄件的生產(chǎn)周期,而且與傳統(tǒng)制造過程相比其精度也高。此外,由于成形過程中未被粘接的粉末起到支撐的作用,使得3DP技術(shù)可以很容易地制作出用傳統(tǒng)方法很難制作的、具有內(nèi)部復(fù)雜流道的鑄型。直接法制造金屬零件直接法是指采用金屬材料來成形金屬零件。ExOne公司的ProMetal工藝是3DP工藝成形金屬零件的代表性技術(shù),零件的制造過程分為三維打印成形和后處理兩個(gè)階段。1)三維打印成形。在工作臺(tái)面鋪一層金屬粉末后,由噴頭對(duì)分層截面區(qū)域噴灑粘接劑,粘結(jié)金屬粉末。完成一層后下降一個(gè)層

12、高,進(jìn)行下一層的成形,如此往復(fù)直到完成整個(gè)零件。成形結(jié)束后得到的零件由金屬粉末和固化了的非金屬粘接劑組成,稱為綠件,其致密度(相對(duì)密度)約為60%,不是真正意義上的金屬零件,還需要進(jìn)行后續(xù)的后處理工序。2)后處理工藝。將綠件放置在熱處理爐中進(jìn)行加熱、燒結(jié)。粘接劑被燒掉后的零件稱為褐件,由于已沒有了粘接劑,褐件是具有很多微小孔隙的零件(孔隙率約40%)。浸滲是一種常用的提高褐件致密度的后處理工藝,即將熔化的低熔點(diǎn)金屬,利用微小孔隙的毛細(xì)作用滲入褐件內(nèi)部。例如對(duì)不銹鋼的褐件進(jìn)行滲銅,最終獲得的零件是由60%的不銹鋼和40%的青銅構(gòu)成。直接法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接制作出具有內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零件。所示

13、為采用這種工藝制作的模具(已被剖開),模具中的曲線冷卻流道是用傳統(tǒng)的機(jī)加工工藝很難實(shí)現(xiàn)的。由于成形件的成分限制,其承載能力不能與100%致密度的金屬零件相比,因此僅能用于負(fù)載不大的場(chǎng)合,如注塑模具制造、小型鋁合金沖壓模具。三維打印成型技術(shù)用材料研究現(xiàn)狀（一）材料選擇。目前此技術(shù)發(fā)展的最大阻礙就在于成型所需的材料，主要包括粉末和粘結(jié)劑兩部分。1.粉末材料選擇從三維打印技術(shù)的工作原理可以看出，其成型粉末需要具備材料成型性好、成型強(qiáng)度高、粉末粒徑較小、不易團(tuán)聚、滾動(dòng)性好、密度和孔隙率適宜、干燥硬化快等性質(zhì)，可以使用的原型材料有石膏粉末、淀粉、陶瓷粉末、金屬粉末、熱塑材料或者是其他一些有合適粒徑的粉末

14、等。成型粉末部分由填料、粘結(jié)劑、添加劑等組成。相對(duì)其他條件而言，粉末的粒徑非常重要。徑小的顆?？梢蕴峁┫嗷ラg較強(qiáng)的范德瓦爾茲力，但滾動(dòng)性較差，且打印過程中易揚(yáng)塵，導(dǎo)致打印頭堵塞；大的顆粒滾動(dòng)性較好，但是會(huì)影響模具的打印精度。粉末的粒徑根據(jù)所使用打印機(jī)類型及操作條件的不同可從1m到100m810。其次，需要選擇能快速成型且成型性能較好的材料?？蛇x擇石英砂、陶瓷粉末、石膏粉末、聚合物粉末(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚苯乙烯、聚乙烯、石蠟等)，金屬氧化物粉末(如氧化鋁等)和淀粉等作為材料的填料主體1118，選擇與之配合的粘結(jié)劑可以達(dá)到快速成型的目的。加入部分粉末粘結(jié)劑可起到加強(qiáng)粉末成型強(qiáng)度的作用，

15、其中聚乙烯醇、纖維素(如聚合纖維素、碳化硅纖維素、石墨纖維素、硅酸鋁纖維素等)、麥芽糊精等可以起到加固作用，但是其纖維素鏈長(zhǎng)應(yīng)小于打印時(shí)成型缸每次下降的高度9，19，20，膠體二氧化硅的加入可以使得液體粘結(jié)劑噴射到粉末上時(shí)迅速凝膠成型。除了簡(jiǎn)單混合，將填料用粘結(jié)劑(聚乙烯吡咯烷酮等)包覆并干燥可更均勻地將粘結(jié)劑分散于粉末中，便于噴出的粘結(jié)劑均勻滲透進(jìn)粉末內(nèi)部?；蛘邔⑻盍戏譃閮刹糠职玻渲幸徊糠钟盟峄辰Y(jié)劑包覆，另一部分用堿基粘結(jié)劑包覆，當(dāng)二者通過介質(zhì)相遇時(shí)，便可快速反應(yīng)成型。包覆方法也可有效減小顆粒之間的摩擦，增加其滾動(dòng)性，但要注意包覆厚度要很薄，介于0.11.0m之間8，21，22。成型材

16、料除了填料和粘結(jié)劑兩個(gè)主體部分，還需要加入一些粉末助劑調(diào)節(jié)其性能，可加入一些固體潤(rùn)滑劑增加粉末滾動(dòng)性，如氧化鋁粉末、可溶性淀粉、滑石粉等，有利于鋪粉層薄均勻23，24；加入二氧化硅等密度大且粒徑小的顆粒增加粉末密度，減小孔隙率，防止打印過程中粘結(jié)劑過分滲透；加入卵磷脂減少打印過程中小顆粒的飛揚(yáng)以及保持打印形狀的穩(wěn)定性等9。另外，為防止粉末由于粒徑過小而團(tuán)聚，需采用相應(yīng)方法對(duì)粉末進(jìn)行分散25。2.粘結(jié)劑選擇。用于打印頭噴射的粘結(jié)劑要求性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，對(duì)噴頭無腐蝕作用，粘度低，表面張力適宜，以便按預(yù)期的流量從噴頭中擠出，且不易干涸，能延長(zhǎng)噴頭抗堵塞時(shí)間，低毒環(huán)保等。液體粘結(jié)劑分為幾種類型：本

17、身不起粘結(jié)作用的液體，本身會(huì)與粉末反應(yīng)的液體及本身有部分粘結(jié)作用的液體。本身不起粘結(jié)作用的粘結(jié)劑只起到為粉末相互結(jié)合提供介質(zhì)的作用，其本身在模具制作完畢之后會(huì)揮發(fā)到幾乎不剩下任何物質(zhì)，對(duì)于本身就可以通過自反應(yīng)硬化的粉末適用，此液體可以為氯仿、乙醇等26。對(duì)于本身會(huì)參與粉末成型的粘結(jié)劑，如粉末與液體粘結(jié)劑的酸堿性的不同，可以通過液體粘結(jié)劑與粉末的反應(yīng)達(dá)到凝固成型。而目前最常用的是以水為主要成分的水基粘結(jié)劑，對(duì)于可以利用水中氫鍵作用相互連接的石膏、水泥等粉末適用，粘結(jié)劑為粉末相互結(jié)合提供介質(zhì)和氫鍵作用力，成型之后揮發(fā)27?；蛘呤窍嗷ブg能反應(yīng)的，如以氧化鋁為主要成分的粉末，可通過酸性粘結(jié)劑的噴射反

18、應(yīng)固化。對(duì)于金屬粉末，常常是在粘結(jié)劑中加入一些金屬鹽來誘發(fā)其反應(yīng)。對(duì)于本身不與粉末反應(yīng)的粘結(jié)劑，還有一些是通過加入一些起粘結(jié)作用的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)，通過液體揮發(fā)，剩下起粘結(jié)作用的關(guān)鍵組分。其中可添加的粘結(jié)組分包括縮丁醛樹脂、聚氯乙烯、聚碳硅烷、聚乙烯吡咯烷酮以及一些其他高分子樹脂等。選擇與這些粘結(jié)劑相溶的溶液作為主體介質(zhì)可應(yīng)用，雖然根據(jù)粉末種類不同可以用水、丙酮、醋酸、乙酰乙酸乙酯等作為粘結(jié)劑溶劑，但目前均以水基粘結(jié)劑報(bào)道較多。如前所述，要達(dá)到液體粘結(jié)劑所需條件，除了主體介質(zhì)和粘結(jié)劑外，還需要加入保濕劑、快干劑、潤(rùn)滑劑、促凝劑、增流劑、pH調(diào)節(jié)劑及其他添加劑(如染料、消泡劑)等，所選液體均不能與打印頭

19、材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。加入的保濕劑如聚乙二醇、丙三醇等可以起到很好的保持水分的作用，便于粘結(jié)劑長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)存?？杉尤胍恍┓悬c(diǎn)較低的溶液如乙醇、甲醇等來增加粘結(jié)劑多余部分的揮發(fā)速度，另外，丙三醇的加入還可以起到潤(rùn)滑作用，減少打印頭的堵塞。對(duì)于一些以膠體二氧化硅或類似物質(zhì)為凝膠物質(zhì)的粉末，可加入檸檬酸等促凝劑強(qiáng)化其凝固效果。添加少量其他溶劑(如甲醇等)或者通過加入分子量不同的有機(jī)物可調(diào)節(jié)其表面張力和粘度以滿足打印頭所需條件30，31。表面張力和粘度對(duì)打印時(shí)液滴成型有很大影響，合適的形狀和液滴大小直接影響打印過程成型精度的好壞10。為提高液體粘結(jié)劑流動(dòng)性，可加入二乙二醇丁醚、聚乙二醇、硫酸鋁鉀、異丙酮、聚丙烯

20、酸鈉等作為增流劑，加快打印速度11，32。另外，對(duì)于那些對(duì)溶液pH值有特殊要求的粘結(jié)劑部分，可通過加入三乙醇胺、四甲基氫氧化氨、檸檬酸等16調(diào)節(jié)pH為最優(yōu)值。加入百里酚藍(lán)指示，以保持粘結(jié)劑條件的最優(yōu)化，對(duì)打印頭液滴的形狀也有影響，揮發(fā)剩下的物質(zhì)還可以起到一定的固化作用。另外，出于打印過程美觀或者產(chǎn)品需求，需要加入能分散均勻的染料等9。要注意的是，添加助劑的用量不宜太多，一般小于質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%，助劑太多會(huì)影響粉末打印后的效果及打印頭的機(jī)械性能。3后處理過程打印過程完成之后，需要一些后續(xù)處理措施來達(dá)到加強(qiáng)模具成型強(qiáng)度及延長(zhǎng)保存時(shí)間的目的，其中主要包括靜置、強(qiáng)制固化、去粉、包覆等。打印過程結(jié)束之后

21、，需要將打印的模具靜置一段時(shí)間，使得成型的粉末和粘結(jié)劑之間通過交聯(lián)反應(yīng)、分子間作用力等作用固化完全，尤其是對(duì)于以石膏或者水泥為主要成分的粉末。成型的首要條件是粉末與水之間作用硬化，之后才是粘結(jié)劑部分的加強(qiáng)作用，一定時(shí)間的靜置對(duì)最后的成形效果有重要影響28。當(dāng)模具具有初步硬度時(shí)，可根據(jù)不同類別用外加措施進(jìn)一步強(qiáng)化作用力，例如通過加熱、真空干燥、紫外光照射等方式33。此工序完成之后所制備模具具備較強(qiáng)硬度，需要將表面其他粉末除去，用刷子將周圍大部分粉末掃去，剩余較少粉末可通過機(jī)械振動(dòng)、微波振動(dòng)、不同方向風(fēng)吹等除去9，22，34。也有報(bào)道將模具浸入特制溶劑中，此溶劑能溶解散落的粉末，但是對(duì)固化成型的模

22、具不能溶解，可達(dá)到除去多余粉末的目的10。對(duì)于去粉完畢的模具，特別是石膏基、陶瓷基等易吸水材料制成的模具，還需要考慮其長(zhǎng)久保存問題，常見的方法是在模具外面刷一層防水固化膠，增加其強(qiáng)度，防止因吸水而減弱強(qiáng)度34。或者將模具浸入能起保護(hù)作用的聚合物中，比如環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸酯、熔融石蠟等28，最后的模具可兼具防水、堅(jiān)固、美觀、不易變形等特點(diǎn)。4研究現(xiàn)狀 3DP技術(shù)除了在快速設(shè)計(jì)方面有很大好處之外，還可用于工業(yè)生產(chǎn)(如自行車、小型機(jī)械制造等)和醫(yī)學(xué)等方面，結(jié)合生物細(xì)胞學(xué)可應(yīng)用于人工骨頭打印、器官打印等。而在材料的品種方面，可根據(jù)所要制備的模具特點(diǎn)用石膏、陶瓷、淀粉、聚合物等多種打印成型材料，并且可

23、以根據(jù)材料所需特點(diǎn)開發(fā)更多材料，適用性非常強(qiáng)，前景非常廣大。但在國內(nèi)未受重視，國外產(chǎn)品價(jià)格較貴，需進(jìn)一步探索條件降低成型材料所需成本以及三維打印機(jī)的成本，改進(jìn)材料性能，加快模具硬化干燥速度，簡(jiǎn)化后處理過程，進(jìn)一步體現(xiàn)“快”的特點(diǎn)，并且將此技術(shù)向生產(chǎn)更大規(guī)模的產(chǎn)品發(fā)展，充分發(fā)揮其作用。三維打印成型的應(yīng)用現(xiàn)狀（一）生物醫(yī)學(xué)工程。生物醫(yī)學(xué)工程是本世紀(jì)繼信息產(chǎn)業(yè)之后最重要的科學(xué)研究領(lǐng)域,其中生命體的人工合成和人體器官的人工替代成為目前全球矚目的前沿學(xué)科。生命體中的細(xì)胞載體框架是一種特殊的結(jié)構(gòu),從制造的角度來講,它是由納米級(jí)材料構(gòu)成的極其精細(xì)的復(fù)雜非均質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)用傳統(tǒng)制造技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的,但是

24、利用3DP快速成形技術(shù),在計(jì)算機(jī)的管理與控制下,運(yùn)用離散/堆積成形原理,卻能較容易地制造出這種復(fù)雜精細(xì)的非均質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)。從無生物活性的假體和支架到可實(shí)現(xiàn)生命體全部或部分功能具有生物活性的人工器官是生物醫(yī)學(xué)工程今后發(fā)展的重點(diǎn)。在生物活性材料的成形過程中,因其它RP技術(shù)要用激光燒結(jié)或加熱,會(huì)影響材料的生物活性,因此3DP快速成形技術(shù)是目前進(jìn)行具有生物活性的人工器官快速制造的唯一可行工藝。如在人工活性骨的快速成形中,可以首先利用3DP快速成形技術(shù),將能參與生命體代謝可降解的組織工程材料制成內(nèi)部多孔疏松的人工骨,并在疏松孔中填以活性因子,置入人體,即可代替人體骨骼,經(jīng)過一段時(shí)間組織工程材料被人體降解、

25、吸收、鈣化形成新骨,這方面的實(shí)驗(yàn)已在動(dòng)物身上獲得驗(yàn)證。（二）制藥工程。傳統(tǒng)的口服藥物主要是通過粉末壓片和濕法造粒制片兩種方法來制造。這些藥物經(jīng)口服后,要么會(huì)迅速遭到分解,難以有效地進(jìn)入血液;要么在血液中的濃度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)過高,且只有少量的藥才能到達(dá)需治療區(qū)域,致使藥物浪費(fèi)和毒副作用大。而當(dāng)前藥劑學(xué)研究熱點(diǎn)之一的可控釋放藥物通過適當(dāng)方法,控制藥物釋放的時(shí)間、位置或速度,改善藥物在體內(nèi)的釋放、吸收、代謝和排泄過程,以達(dá)到維持藥物在體內(nèi)所希望的治療濃度和減少藥物不良反應(yīng)的目的,因此其可以很好地彌補(bǔ)上述傳統(tǒng)口服藥的不足。為了實(shí)現(xiàn)可控釋放藥物的功能,需要根據(jù)藥物在體內(nèi)的消化、吸收和代謝規(guī)律,以及治療所需

26、要的理想濃度,合理地設(shè)計(jì)藥片的微觀結(jié)構(gòu)、組成成分和藥物三維空間的分布等。傳統(tǒng)的制藥技術(shù)很難滿足這種多種材料精確成形和局部微細(xì)結(jié)構(gòu)精確成形的需要,致使可控釋放藥物長(zhǎng)期得不到很好的發(fā)展及應(yīng)用。3DP快速成形技術(shù),因其具有的加工的高度靈活性、可打印材料的多樣性和成形過程的精確可控性,可以很容易地實(shí)現(xiàn)多種材料的精確成形和局部微細(xì)結(jié)構(gòu)的精確成形。首先提出用3DP快速成形技術(shù)制造可控釋放藥物的是MIT的WuBM和BorlandSW等。從材料選擇、結(jié)構(gòu)和劑型設(shè)計(jì)、制造工藝等方面,對(duì)用3DP快速成形技術(shù)制造可控釋放藥物的可行性和實(shí)用性進(jìn)行了研究,并成功制造出具有單藥和多藥復(fù)合釋藥特征的口服可控釋放藥片。近年來

27、,華中科技大學(xué)的余燈廣等人利用3DP快速成形技術(shù)也成功地制備出了藥物梯度控釋給藥系統(tǒng)7。隨著3DP快速成形技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高,其必將在可控釋放藥的制備中得到廣泛的應(yīng)用,同時(shí)也會(huì)促進(jìn)整個(gè)制藥工業(yè)的發(fā)展。（三）微型機(jī)電制造。微型機(jī)電是指集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路,甚至外圍接口通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是體積小、重量輕、耗能低、性能穩(wěn)定和技術(shù)含量高。在信息化時(shí)代的今天,微型機(jī)電已經(jīng)使我們?cè)谡J(rèn)知和控制世界的方式上出現(xiàn)一次質(zhì)的飛躍。作為現(xiàn)代機(jī)電技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向,微型機(jī)電在汽車、航空航天、信息通訊、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制、國防等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前微型機(jī)電的加工方法主要有:光刻、光刻電鑄、精密機(jī)械加工、精密放電加工、激光微加工等。這些制造方法要么只適合平面加工,難以加工出3維復(fù)雜結(jié)構(gòu);要么工藝步驟復(fù)雜、設(shè)備投資大。參考文獻(xiàn)1Getteman,KenMo.Stereolithography;FastMaking.Mod,Mach,shap,1989,62(5):1001072繼值.桌上制造工藝及其在航宇工業(yè)中的應(yīng)用,航空制造工程,1991,12:20222.BojokeO.Howtomakestereolithographyintoapracticaltooltotoolproduction,AnnaisoftheCI