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用新型熱固化擠出式打印機直接打印硅膠半月板植入物

供稿人:仝帥康 高琳 供稿單位:西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室  發(fā)布日期:2021-12-20

半月板是膝關(guān)節(jié)內(nèi)的一對纖維化軟骨墊,起承重墊、潤滑裝置和膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定器的作用。半月板撕裂的治療方案包括直接修復(fù)、支架或植入物替換、半月板部分或全部切除(移除受損的半月板組織)。大多數(shù)植入物是通過間接成型技術(shù)生產(chǎn)的,即首先將模具3D打印或機械加工,然后將硅膠倒入模具中并進行固化。這種間接成型技術(shù)既耗時又昂貴,在定制不同幾何形狀的植入物或空心硅膠部件時也帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)。 新加坡南洋理工大學(xué)引進了一種新型定制的熱固化擠出式硅膠3D打印機,使用生物相容性和植入性硅膠樹脂,能夠直接3D打印硅膠半月板植入物。首先,從硅樹脂的流變學(xué)表征中獲得最佳固化溫度和固化時間。接下來是噴嘴直徑、噴嘴溫度和床層溫度的參數(shù)優(yōu)化,使用一系列參數(shù)值,打印出標準的ASTM圓柱形塊、T型骨和最終半月板植入物。利用計算流體動力學(xué)模擬研究了硅膠樹脂通過加熱噴嘴的傳熱,利用Solidworks研究了硅膠半月板植入體的熱梯度分布,結(jié)果與實時3D打印非常相似。

圖1 基于熱固化擠壓的增材制造實驗裝置 圖例:(1)運動控制平臺,(2)擠出機,(3)靜態(tài)攪拌機,(4)打印頭,(5)加熱元件

一種新型的硅膠3D打印機成功地用于直接3D打印硅膠半月板植入物,該植入物具有傳統(tǒng)熱成型半月板的力學(xué)性能。新型的3D打印工藝為患者快速3D打印各種可定制的醫(yī)用硅膠植入物開辟了機遇,填補了目前增材制造行業(yè)的空白,因為目前的增材制造技術(shù)并未涉及醫(yī)用硅膠植入物的直接3D打印。

圖2 3D打印硅膠半月板在不同加熱溫度(T1=噴嘴溫度,T2=平臺溫度)和噴嘴內(nèi)徑下的俯視圖圖像

參考文獻:

  1. 1.Luis E, Pan HM, Sing SL, Bajpai R, Song J, Yeong WY. 3D Direct Printing of Silicone Meniscus Implant Using a Novel Heat-Cured Extrusion-Based Printer.?Polymers. 2020; 12(5):1031.
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