供稿人：張智航，連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-06-07
在組織工程領(lǐng)域，制造復(fù)雜幾何形狀的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)是必不可少的，3D生物打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于此。為了提高打印構(gòu)件的生物和機(jī)械完整性，需要連續(xù)打印的單噴頭。加拿大愛德華王子島大學(xué)副教授阿里·艾哈邁迪團(tuán)隊(duì)研制了一種用于多材料生物3D打印的單噴頭，該打印頭可以打印多達(dá)四種不同的生物材料。在一定的壓力和針頭內(nèi)徑范圍內(nèi)，對(duì)打印頭的過渡距離進(jìn)行了表征。最后，通過在打印頭的內(nèi)通道上施加硅涂層來減小過渡距離。 為了比較所開發(fā)的打印系統(tǒng)與商業(yè)上可用的多頭打印系統(tǒng)的連續(xù)多材料打印能力，打印了30×30 mm的圖案(圖1)。通過商業(yè)可買到的系統(tǒng)進(jìn)行打印的結(jié)構(gòu)顯示，當(dāng)生物墨水從紅色變?yōu)樗{(lán)色時(shí)，打印細(xì)絲不連續(xù)(圖1a)。如圖1b所示，使用開發(fā)的SNMM打印系統(tǒng)時(shí)沒有觀察到這種不連續(xù)
圖1(a) 商用多頭生物打印和 (b)開發(fā)的SNMM打印的30mm×30mm正方形的比較
有機(jī)硅涂層的使用減少了過渡距離以及過渡距離的變化。在較大的噴嘴中，由于表面積與體積之比較小，打印頭的涂層在減少過渡距離方面效果較差。有機(jī)硅涂層將430、330和250 μm常規(guī)打印頭的最小過渡距離分別從14.87、17.12、17.16 降低到13.63、9.10、5.60（圖2）。硅涂層對(duì)過渡距離的影響在較小的噴嘴中突出，在25 psi壓力下的250μm噴嘴中表現(xiàn)出最大的影響。此外，與涂層打印頭相比，普通打印頭的過渡距離對(duì)壓力變化更為敏感。在給定壓力下，過渡距離隨著涂層打印頭中噴嘴直徑的減小而減小，而在常規(guī)打印頭中，過渡距離增加（圖2）。建議在低壓下使用有機(jī)硅涂層以及最小的噴嘴尺寸，使過渡距離最小化。
圖2.不同噴嘴尺寸的常規(guī)和硅涂層打印頭中基于壓力的過渡距離表征：(a) 250μm、(b) 330μm 和(c) 430μm