Fraunhofer研究所新型3D打印技术可打印各种医疗装置

德国Fraunhofer研究所的研究人员开发出了一种非常灵活的3D打印方法,该方法能够根据需要制造骨植入物、假牙、外科手术工具或微反应器等几乎任何你可以想象得到的医疗装置设计。日前,在斯图加特举行的Medtec医疗技术贸易展上,科学家们将展示他们的研究成果。

Fraunhofer研究所新型3D打印技术可打印各种医疗装置插图

切开一个3D打印的陶瓷微反应器您可以看到:复杂的管道和流体连接与整个部件打印在了一起。这个被放置在病人床边的小小制药厂还没有一个两欧元硬币大,其中的线路和管道只有几百微米宽,它不断地混合各种药物——止痛药、血液稀释剂和抗生素——并根据病人目前的健康状况进行微调。这就是微反应器技术的未来应用场景,目前在医院里尚不存在。但是Fraunhofer陶瓷技术研究所和Systems IKTS正在开发的技术,有望在不久的将来将其变为现实。

如今,来自Dresden的研究者们正致力于一种基于悬浮液的增材制造方法,这种方法如果与其增材制造技术相结合,可以创造出不仅仅是微反应器,还将包括骨骼植入物、假牙和手术工具等。“在制造目标对象时,我们对于材料类型和颜色没有任何限制。这使我们能够使用热塑性3D打印技术处理陶瓷、玻璃、塑料甚至金属等材料。它的另外一个优点是,可以同时打印几种不同的材料。”来自Fraunhofer IKTS材料和工艺事业部的Tassilo Moritz说。在实验室中,科学家们已经成功地用高性能陶瓷和硬金属制造出了部件。如今他们正在寻找合作伙伴,希望将他们的技术商业化。

Fraunhofer研究所新型3D打印技术可打印各种医疗装置插图2

据悉,研究人员开发的这种技术关键在于准备优化的陶瓷或金属悬浮液。这种混合物主要依靠一种热塑性的粘合剂,这种粘合剂在大约80摄氏度时会变成液体。这是一个很关键的属性︰这意为着悬浮液可以快速冷却并逐层按顺序沉积。而且在该粘合剂中它,他们均匀掺入了金属、玻璃或陶瓷粉末。“我们的混合物非常均匀,而且我们可以精确地设置粘度的最佳水平,以打印出尺寸适合特定部件轮廓的液滴。简而言之,我们的混合物不能太稀或者太稠。为了实现这一目标,我们必须掌握相应的制备工艺。”Moritz说。打印机通过高温融化混合物,而液滴一旦沉积,就会快速冷却硬化。其打印对象是在一个平台上逐点构建的。这就使得不同的材料可以同时通过多个应用单元沉积。

“另外一个挑战是在随后的烧结过程中如何调整不同悬浮液的行为,以防止出现任何缺陷。”Moritz说,“为此了达到这一目的,我们通过特殊的研磨工艺来优化粉末。在烧结过程中,细粒度的陶瓷或金属物质会在压力下加热。而且温度并不很高,对象的结构不会因此改变。

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Moritz希望这项技术能够实现基于陶瓷原件的微反应器装置。到目前为止,制造技术已经成为阻止微型反应器获得突破的一个主要障碍。以前研究人员使用的技术往往只有在实验室里能用。而如今这一状况可能会改变。“到目前为止,大多数陶瓷微反应器往往是用板材切削而成,其内部和外部的密封以及各个部件的无缝连接问题一直是这一技术的一大挑战。而如果使用3D打印的话,这些问题将不复存在。”Moritz说。

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