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快速成型在生物制造中的应用xx西安交通大学机机械工程学院摘要：快速成型技术的发展弥补了传统制造在产品设计、复杂件加工方面的不足。同时人们对健康的重视，再生对于人类生活意义重大。在这样一个特俗的环境下，将快速成型技术运用到医学上面无疑对再生医学的发展提供了便利。细胞打印、陶瓷假牙、颅颌面骨缺损修复手等在医学上的应用越来越广泛。本文介绍了最基本的快速成型技术以及在医学上的应用关键词：快速成型再生医学修复1介绍快速成型技术是20世纪80年代中期发展起来的一种高新急速，是造型技术和制造技术的一次飞跃，它从成型原理上提出一个分层制造、逐层叠加成形的全新思维模式，即讲计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的工件三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层界面的二维轮廓性息，快速成型机的成形头按照这些轮廓性息在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的变形材料，形成各个截面轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。一个复杂的实体零件，可以认为是由一些具有物质的点、线、面叠加而成。从CAD模型中获得这些点、线、面的几何信息，把它与成型参数信息相结合，转化成为控制成型机工作的数控代码，控制材料有规律的精确的堆积起来，从而构成三维实体零件。快速成型技术的应用领域也在随着技术的进步而不断扩展。在生物医学领域，目前快速成型技术在国际上已经开始被应用与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，然而，目前临床所使用的替代材料都是按照固定模式制造，难以与患者的缺损部位完美匹配无法获得十分满意的效果。而利用快速成型技术可以根据不同患者的CT、MRI等成像数据，快速制造个性化的组织工程支架材料，甚至可以携带细胞对组织缺损部位进行原位细胞打印。通过调控材料的结构，以及细胞的排列，更有利于促进细胞的生长分化，获得理想的组织修复效果。快速成型技术也应用于生物医用材料的制备，生物相容与生物可降解高分子材料在生物医学尤其是组织工程中有很大优势。2 快速成型方法常见的快速成型方法有：1 光固化成型法SL（Stereo lithography）用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体。Fig 1Fig 1 光固化成型原理图2 选择性激光烧结SLS（Selective Laser Sintering）利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层粉末材料，选择地烧结下层截面。Fig 2Fig 2 SL原理图3 叠层制造LOM(Laminated ObjectManufacturing)以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件.Fig 3Fig 3 使用LOM工艺生成模型过程的示意图 1.提供箔材 2.热辊 3.激光束 4. 扫描棱镜. 5.激光器?6.生成的实体层 7. 移动平台 8.废料4熔积成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法，该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高 1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件.Fig 4Fig 4 使用FDM工艺生成模型过程的示意图 1.融化的塑料从喷嘴喷出 2.原材料 3.可移动的工作台3生物应用1 3-DP骨支架软骨磨损和骨关节炎入关受损在在临床上相对保守的治疗方法就是软骨修复，相对于关节置换而言更为保守，但是缺损软骨的修复确实难题，异体软骨移植会导致免疫反应，而如果采用自体软骨移植，软骨的来源也是难以避免的问题。一系列的生物降解和生物相容材料，不同材料不同结构的软骨支架的研究表明了支架应该具有的特性: 1 三维的多孔结构提供细胞生长的空间和营养的传输。2 降解的速度要和细胞生长的速度相适应 3 合适的表面形貌提供细胞黏着环境。