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2、应用技术“应用技术&坛专辑生物3D打印技术的四个层次□演讲嘉宾/林峰工程系教授20-林峰,清华大学机械、博导、副系主任10,先进,快()成形制造教育部重点实验室副主任“”速成形制造分室主任;入选2006年度教育部新世纪优秀人才支持计划。中国机械工程学会特种加工工程分会锻压设备专业委员会委员Biofabricarion学会快速成形技术委员会副主任委员,塑性,《》期刊的编委会委员。发明论文70余篇,其中14篇为SCI收录。主讲课程包括:《产品设计与开发》、《机电产品设计设计与实践》、《生物制造工程原理与方法》我
3、们在清华大学的机械工程系有一3D一3D打印有系列的技术特征:首先,数方式相比,打印省掉了准备原材个北京市的工程实验室,叫生物制造与字化制造。它是用零件的数字模型,来料、准备鋳件、准备开还、准备制坯、一系列制造前程序快速成型技术北京市重点实验室。直接驱动材料的制造过稈的,大。数字模型准备加工机床等3D打印现在比较热了,涉及各种不同决定了最后加工出来的零件是什么样的大缩短了加工流程。用传统的方式加工的应用领域、,比如航空航天家用电形态,制造过程中去掉了很多我们人为零件,从设计到完工,要耗时至少好几、3D打印渗透得比的因素(包括工具因素
4、)以它可以个月现在用3D打印的方式则器医疗。这些领域,所;而,慢较快,跟它的技术特点有关系。快速地、高效地、精确地再现我们计算几天则几个小时就出来了。从这个,快机里面设计的三维模型。另外,由于堆角度,它体现了快速制造的概念。积制造里所有的材料都是在计算机数据-点点堆积起来的3D打印的离散堆积原理的控制下'所以它是-个受控的过程。这样我们_?_3D打印在生物领域的应用首先我们来介绍下3D打印3D。打程中,可以控制零件内部各个位置的材印,最初叫快速原形技术,后来演变成料以及它的微结构这是其它制造工基于以上技术特征3D打印应用范,,快速
5、成型技术,现在学术界叫增材制造艺、制造方式所不具备的。围很广。我着重讲讲它在生物制造上的技术一。它首先将个零件离散成二维层另外就是直接制造。直接制造就是应用。面一,然后再分层加工以后,逐层堆积,把材料的制配过程和成型过程体化3D打印是有极大需。生物医学领域对用这种方式来完成三维结构的成型。所有些材料在合成完了以后,加工性能变求的,体现在以下方面:首先是植入体一以,它又叫降维制造,或者叫分层制得很差。我们把材料制备和加工成形过的个性化制造。我们每个人的特点不造一一。3D打印技术有两个过程:离散过程复合在起,就解决了些难加工材样,比如
6、假肢等个性化零部件,这是传程和堆积过程,我们称之为离散堆积原料的重新制造的问题。统的批量生产方式不太好实现的;再理杂结构的制造如一工。然后是快速制造。何为快速?主要者,复,比个组织利用离散堆积的原理,我们发现体现在它的工艺流程短上。跟传统加工程支架材料里的分级多孔结构,这种结一46—□□□v调节起来呢?我们根据材料涉及到的生11^I^W物学性能的不同'给材料分成了四个层一““:第个层次料没有生物相容次,材M性'不用放在身体里'没有特殊的生物^“料.学需求;第二个层次'材有很好的生^/?/A』遍,'^i物相容性'hinactinoA
7、du'可以放在体内但它不降3in(f解三个层次性非常好'1;第'生物相容v*同时还可以降解jwMb,被身体消化排出体lAp
8、andp外,作用是帮脑织再生;第四个层nlS^v>Hn-次材料完全是有生命的、活性的;第mmrnggM,五个层次,我们还細究,方向是把基醋翻胞的打印过程里去,这样我们?謂1~长进1爆1i=;我下面介绍一下我们前面四个层一构要求大小不的孔洞贯通,并不是那或者是基于离散堆积原理的成型方式提次:3D一么好实现些需求我们能够发挥作用一,这时候打印就能很好地解出了,这是个层次3D第,利用打印复;杂形状一—决结构复杂
9、的问题一;还有种情况的地方。成型的特点些个性化的结,来制造材料梯度的非均质制造,比如说我们要生物医学对人工构建的强烈需求构。前面我们说过了,这种材料是没有一一一生物制一修复个组织或个骨骼,它的皮质骨下,种新兴的制造技术生物相容性的,所以做的零件不适合和松质骨不一样3D,软骨和硬骨要求的孔造现在也可以叫生物打印这个技术,放在身体里,它只能放在体外。这有什细度和材料成分也不一样,其他的成型应运而生。么用呢?实际上在手术规划和诊断的过方式很难实现生物学提出这些特殊需生物3D打印技术是生命科学与现代程里,,这样的材料对我们帮助非常大求,而
10、堆积材料成型的工艺提供了解决制造科学交叉的新型学科。它是将先进丨象手术的导板、支架,发挥了很大的作(人3D一体内的制造技术:方法;另外,复杂的管网结构,特别是我们现在的打印用。举个彳艮简单例子,通过病人的组织血管一)用,有非常丰富的毛细般技术,应用
