吴田俊,张祥林,章万乘,陈鹏华,张 闯

(华中科技大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430074)

0 引 言

3D打印是一种通过计算机辅助设计将二维结构通过层层堆叠最终形成三维模型的技术[1]。生物3D打印技术是将3D打印技术与生物医学、工程学、材料学等多学科结合形成的一种新兴应用技术[2-3]。

在组织工程中,实现组织再生与修复的关键是打印出高仿生预构体[4],但因其具有材料多样性、结构复杂性、功能复杂性等要求,常用的单喷头生物3D打印机往往无法完成打印工作。因此,开发允许多个喷头协同工作的生物3D打印机成为必然趋势[5]。

因具有材料范围广、设备成本低、成形能力强等优点,挤出沉积技术被广泛应用于生物3D打印领域[6]。常见挤出沉积式多喷头生物3D打印机喷头切换方式为并联排布切换,即将多个打印喷头通过完全固定的方式安装在3D打印机上,每个喷头与打印机之间为确定位置关系,所有打印喷头在打印过程中一起进行相同位移运动,发生相同坐标变换。该结构设计对加工精度和装配精度要求很高,喷头与三维模型之间易产生相互干涉碰撞,导致打印失败[7]。

同时,不同种类的“生物墨水”对自身环境温度要求不同,往往需要添加喷头辅助温控模块,保证其打印性能的稳定性。目前市面上挤出沉积式生物3D打印喷头大多具有加热而无制冷功能,不可实现广域控温,难以满足不同温敏特性“生物墨水”的成型温度要求。在常温下,不同种类的“生物墨水”保持打印结构稳定性的能力也不同。……