CN110293677A - 可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 - Google Patents
可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110293677A CN110293677A CN201910527820.9A CN201910527820A CN110293677A CN 110293677 A CN110293677 A CN 110293677A CN 201910527820 A CN201910527820 A CN 201910527820A CN 110293677 A CN110293677 A CN 110293677A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ether
- polyether
- ketone
- degradation material
- printing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 title claims abstract description 107
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 102
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 36
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 61
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 30
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 15
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 claims description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 13
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 12
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 11
- -1 Ether ether ketone Chemical class 0.000 claims description 10
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 claims description 5
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229920002643 polyglutamic acid Polymers 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000010009 beating Methods 0.000 claims description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 206010005949 Bone cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N ε-Caprolactone Chemical compound O=C1CCCCCO1 PAPBSGBWRJIAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统及方法，系统包括聚醚醚酮打印系统和可降解材料打印系统，聚醚醚酮打印头、可降解材料打印头下方设有收集平台，收集平台设置在三维运动平台上，三维移动平台设置在打印机外壳内，打印机外壳放置在超净实验台内，三维移动平台控制系统与电脑主机连接；方法是通过电脑主机选择聚醚醚酮打印头或可降解材料打印头打印，本发明结合聚醚醚酮打印和可降解材料打印，制备出具有骨整合性能的可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物，可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物能够实现细胞在体内的增殖和分化，周围骨组织长入。
Description
技术领域
本发明涉及生物制造领域，具体涉及一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统及方法。
背景技术
严重创伤、骨肿瘤或者矫形手术所致的骨缺损、骨愈合延迟甚至不愈合都需要植入骨替代物，目前骨替代物常选用的修复材料有自体骨、羟基磷灰石、钛合金、氧化铝陶瓷等不同材料，但是这些材料均存在明显的局限性，不能满足临床需求。例如，自体骨虽有不可替代的优点，但是供应有限，且损害取骨部位；钛合金骨替代物存在热敏感、医学伪影、易变形等问题。
聚醚醚酮得益于其适中的弹性模量、优良的化学稳定性、出色的耐磨损性以及射线可透过性等优点，已成为最有应用前景的骨替代物材料之一，现有的聚醚醚酮骨替代物的制备方法有注塑成型、机加工、激光选区烧结、熔融沉积制造等。但是，聚醚醚酮的表面是一种典型的生物惰性表面、接触角过大，不利于细胞的黏附，不具备良好的骨诱导与骨整合性能。因此，制备具有骨整合性能的聚醚醚酮骨替代物已成为当前医学界亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统及方法，制备出具有骨整合性能的可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物，可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物能够实现细胞在体内的增殖和分化，周围骨组织长入。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，包括聚醚醚酮打印系统和可降解材料打印系统，
聚醚醚酮打印系统包括至少一个聚醚醚酮打印头9，聚醚醚酮打印头9设有打印喷头加热系统10和送丝系统11，聚醚醚酮打印头9和聚醚醚酮丝盘7连接，聚醚醚酮丝盘7上设有丝盘预热系统8；
可降解材料打印系统包括至少一个可降解材料打印头12，可降解材料打印头12的中部设有打印喷头加热圈14，可降解材料打印头12的上部设有超精密注射泵13，可降解材料打印头12和高压电源模块18正极相连；
聚醚醚酮打印头9、可降解材料打印头12下方设有收集平台15，收集平台15设置在三维移动平台16上；三维移动平台16接地，三维移动平台16设置在打印机外壳2内，打印机外壳2放置在超净实验台1内；
所述的三维移动平台16与三维移动平台控制系统23相连，三维移动平台控制系统23设置在超净实验台1外，打印机外壳2上安装有紫外线杀菌系统3、可控光照系统4、湿度控制系统5、环境温度控制系统6、聚醚醚酮丝盘7、丝盘预热系统8；
所述的超净实验台1外设置有电脑主机24、高压电源模块18，温度控制器19，温度控制器19设有丝盘温度控制系统20、聚醚醚酮打印头温度控制系统21和可降解材料打印头温度控制系统22；
紫外线杀菌系统3、可控光照系统4、湿度控制系统5、环境温度控制系统6、聚醚醚酮丝盘7、丝盘预热系统8，聚醚醚酮打印头9，可降解材料打印头12，打印过程摄像系统17，高压电源模块18，温度控制器19，三维移动平台控制系统23均与电脑主机24连接。
所述的聚醚醚酮打印头9的喷头内径0.1～1.0mm，通过送丝系统11和打印喷头加热系统10，将用于打印的聚醚醚酮材料加热至熔融状态进行打印，聚醚醚酮打印头9喷头下方与收集平台15的距离为0.05～0.4mm，在打印时控制打印速度20～140mm/s和喷头温度室温～500℃，按需进行不同层厚打印。
所述的可降解材料打印头12的喷头内径10～1000μm，将用于打印的可降解材料聚己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物，聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)加热至熔融状态进行打印，可降解材料打印头12的喷头下方与收集平台15的距离为0.5～5mm；在打印时选择打开高压电场，使高压电场在可降解材料打印头12的尖端形成泰勒锥，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印；或关闭高压电场，按需进行50～200μm线宽的熔融沉积制造。
所述的收集平台15采用绝缘材料，或采用接地的导电玻璃、金属板和硅片。
所述的高压电源模块18调整电压幅值0.5～40KV，分辨率：0.1kV，用于熔融静电打印时可降解材料打印头12与三维移动平台16之间形成稳定的高压电场，使可降解材料在高压电场作用下形成材料射流，启动三维移动平台16的运动程序后，利用可降解材料打印头12与收集平台15的相对运动，可降解材料射流在收集平台15上形成相应的图案或结构。
所述的电脑主机24能够对骨替代物模型数据进行切片处理，选择聚醚醚酮打印或可降解材料打印，选择可降解材料线宽和聚醚醚酮材料线宽，生成逐层打印的路径；自动控制温度、湿度、电压；通过控制三维移动平台16在X、Y、Z方向上的运动，逐层打印出可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物。
所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统的打印方法：
1)关闭紫外线杀菌系统3，打开超净实验台1；
2)将聚醚醚酮丝材固定在聚醚醚酮丝盘7，打开丝盘预热系统8对聚醚醚酮丝材进行预热；
3)将可降解材料装入超精密注射泵13，打开打印喷头加热圈14对可降解材料加热；
4)选择聚醚醚酮打印头9打印，打开打印头加热系统10，送丝系统11，放置收集平台15，将聚醚醚酮打印头9调整至相应高度，通过电脑主机24切片处理并选择聚醚醚酮材料对应的路径进行聚醚醚酮打印；
5)选择可降解材料打印头12打印，打开超精密注射泵13，调节加热温度、三维移动平台16运动速度，将可降解材料打印头12调整至相应高度，通过电脑主机24选择可降解材料对应的路径，选择高压电源模块18的开或关，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印和50～200μm线宽的熔融沉积制造；
6)根据生成的打印路径进行打印，自动切换聚醚醚酮打印头9和可降解材料打印头12，打印出可降解材料和聚醚醚酮材料的复合材料支架，根据打印路径如此往复，直至打印出可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物；
7)打开紫外线杀菌系统3，对打印机外壳2内进行无菌处理，关闭超净实验台1，使整个系统处于无菌状态。
本发明的有益效果是：
1.本发明多材料3D打印方法结合聚醚醚酮打印技术和可降解材料打印技术，提高了聚醚醚酮材料的生物活性，解决了现有聚醚醚酮骨替代物生物惰性的问题。
2.本发明的可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物更适于组织细胞长入，同时也方便外科医生手术中的固定，可有效解决聚醚醚酮骨替代物的骨整合等问题。
3.本发明的可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物具有良好的生物活性，随着可降解材料的降解，自体组织可替代复合骨替代物内可降解的生物材料，最终实现支架周围的骨长入。
附图说明
图1为本发明打印系统的结构示意图。
图2为实施例可降解材料与聚醚醚酮材料分步打印效果图。
图3为实施例可降解材料与聚醚醚酮材料同步打印效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的实现进行详细说明。
参照图1，一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，包括聚醚醚酮打印系统和可降解材料打印系统，聚醚醚酮打印系统包括至少一个聚醚醚酮打印头9，聚醚醚酮打印头9设有打印喷头加热系统10和送丝系统11，聚醚醚酮打印头9和聚醚醚酮丝盘7连接，聚醚醚酮丝盘7上设有丝盘预热系统8；
可降解材料打印系统包括至少一个可降解材料打印头12，可降解材料打印头12的中部设有打印喷头加热圈14，可降解材料打印头12的上部设有超精密注射泵13，可降解材料打印头12和高压电源模块18正极相连；
聚醚醚酮打印头9、可降解材料打印头12下方设有收集平台15，收集平台15设置在三维移动平台16上；三维移动平台16接地，三维移动平台16设置在打印机外壳2内，打印机外壳2放置在超净实验台1内；
所述的三维移动平台16与三维移动平台控制系统23相连，三维移动平台控制系统23设置在超净实验台1外，三维移动平台16能够控制XYZ轴的移动，打印机外壳2上安装有紫外线杀菌系统3、可控光照系统4、湿度控制系统5、环境温度控制系统6、聚醚醚酮丝盘7、丝盘预热系统8；
所述的超净实验台1外设置有电脑主机24、高压电源模块18，温度控制器19，温度控制器19设有丝盘温度控制系统20、聚醚醚酮打印头温度控制系统21和可降解材料打印头温度控制系统22；
紫外线杀菌系统3、可控光照系统4、湿度控制系统5、环境温度控制系统6、聚醚醚酮丝盘7、丝盘预热系统8，聚醚醚酮打印头9，可降解材料打印头12，打印过程摄像系统17，高压电源模块18，温度控制器19，三维移动平台控制系统23均与电脑主机24连接。
所述的聚醚醚酮打印头9用于聚醚醚酮丝材打印，聚醚醚酮打印头9的喷头内径0.1～1.0mm，通过送丝系统11和打印喷头加热系统10，将用于打印的聚醚醚酮材料加热至熔融状态进行打印，聚醚醚酮打印头9喷头下方与收集平台15的距离为0.05～0.4mm，在打印时控制打印速度20～140mm/s和喷头温度室温～500℃，按需进行不同层厚打印。
所述的可降解材料打印头12用于打印可降解生物材料，可降解材料打印头12的喷头内径10～1000μm，将用于打印的可降解材料聚己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物，聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等加热至熔融状态进行打印，可降解材料打印头12的喷头下方与收集平台15的距离为0.5～5mm；在打印时选择打开高压电场，使高压电场在可降解材料打印头12的尖端形成泰勒锥，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印；或关闭高压电场，按需进行50～200μm线宽的熔融沉积制造。
所述的收集平台15采用绝缘材料，或采用接地的导电玻璃、金属板和硅片。
所述的高压电源模块18可调整电压幅值0.5～40KV，分辨率：0.1kV，用于熔融静电打印时可降解材料打印头12与三维移动平台16之间形成稳定的高压电场，使可降解材料在高压电场作用下形成材料射流，启动三维移动平台16的运动程序后，利用可降解材料打印头12与收集平台15的相对运动，可降解材料射流在收集平台15上形成相应的图案或结构。
所述的电脑主机24能够对骨替代物模型数据进行切片处理，选择聚醚醚酮打印或可降解材料打印，选择可降解材料线宽和聚醚醚酮材料线宽，生成逐层打印的路径；自动控制温度、湿度、电压；通过控制三维移动平台16在X、Y、Z方向上的运动，逐层打印出可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物。
所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统的打印方法，包括以下步骤：
1)关闭紫外线杀菌系统3，打开超净实验台1；
2)将聚醚醚酮丝盘固定在聚醚醚酮丝盘7，打开丝盘预热系统8对聚醚醚酮丝材进行预热；
3)将聚己内酯装入超精密注射泵13，打开打印喷头加热圈14对可降解材料聚己内酯加热；
4)选择聚醚醚酮打印头9打印，打开打印喷头加热系统10，送丝系统11，放置收集平台15，将聚醚醚酮打印头9调整至合适高度，通过电脑主机24切片处理并选择聚醚醚酮材料对应的路径进行聚醚醚酮打印；
5)选择可降解材料打印头12打印，打开超精密注射泵13，调节加热温度、三维移动平台16运动速度，将可降解材料打印头12调整至合适高度，通过电脑主机24选择可降解材料对应的路径，选择高压电源模块18的开或关，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印和50～200μm线宽的熔融沉积制造；
6)根据生成的打印路径进行打印，自动切换聚醚醚酮打印头9和可降解材料打印头12，打印出聚己内酯和聚醚醚酮的复合材料支架，根据打印路径如此往复，直至打印出聚己内酯/聚醚醚酮复合骨替代物；
7)打开紫外线杀菌系统3，对打印机外壳2内进行无菌处理，关闭超净实验台1，使整个系统处于无菌状态。
本实施例所得的聚己内酯和聚醚醚酮的复合骨替代物示意图如图2、图3所示；图2为本发明实施例可降解材料/聚醚醚酮分步打印复合骨替代物的示意图，图2显示可以在聚醚醚酮骨替代物的周围嵌套打印一层具有生物活性的可降解材料；图3为本发明实施例聚醚醚酮和聚己内酯复合材料同步打印示意图，其中聚醚醚酮的线宽约为0.05～0.4mm，聚己内酯的线宽为0.5～15μm、50～200μm。
Claims (7)
1.一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于，包括聚醚醚酮打印系统和可降解材料打印系统，
聚醚醚酮打印系统包括至少一个聚醚醚酮打印头(9)，聚醚醚酮打印头(9)设有打印喷头加热系统(10)和送丝系统(11)，聚醚醚酮打印头(9)和聚醚醚酮丝盘(7)连接，聚醚醚酮丝盘(7)上设有丝盘预热系统(8)；
可降解材料打印系统包括至少一个可降解材料打印头(12)，可降解材料打印头(12)的中部设有打印喷头加热圈(14)，可降解材料打印头(12)的上部设有超精密注射泵(13)，可降解材料打印头(12)和高压电源模块(18)正极相连；
聚醚醚酮打印头(9)、可降解材料打印头(12)下方设有收集平台(15)，收集平台(15)设置在三维运动平台(16)上；三维移动平台(16)接地，三维移动平台(16)设置在打印机外壳(2)内，打印机外壳(2)放置在超净实验台(1)内；
所述的三维移动平台(16)与三维移动平台控制系统(23)相连，三维移动平台控制系统(23)设置在超净实验台(1)外，打印机外壳(2)上安装有紫外线杀菌系统(3)、可控光照系统(4)、湿度控制系统(5)、温度控制系统(6)、聚醚醚酮丝盘(7)、丝盘预热系统(8)；
所述的超净实验台(1)外设置有电脑主机(24)、高压电源模块(18)，温度控制器(19)，温度控制器(19)设有丝盘温度控制系统(20)、聚醚醚酮打印头温度控制系统(21)和可降解材料打印头温度控制系统(22)；
紫外线杀菌系统(3)、可控光照系统(4)、湿度控制系统(5)、环境温度控制系统(6)、聚醚醚酮丝盘(7)、丝盘预热系统(8)，聚醚醚酮打印头(9)，可降解材料打印头(12)，打印过程摄像系统(17)，高压电源模块(18)，温度控制器(19)，三维移动平台控制系统(23)均与电脑主机(24)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于：所述的聚醚醚酮打印头(9)的喷头内径0.1～1.0mm，通过送丝系统(11)和打印喷头加热系统(10)，将用于打印的聚醚醚酮材料加热至熔融状态进行打印，聚醚醚酮打印头(9)喷头下方与收集平台(15)的距离为0.05～0.4mm，在打印时控制打印速度20～140mm/s和喷头温度室温～500℃，按需进行不同层厚打印。
3.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于：所述的可降解材料打印头(12)的喷头内径10～1000μm，将用于打印的可降解材料聚己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物，聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)加热至熔融状态进行打印，可降解材料打印头(12)的喷头下方与收集平台(15)的距离为0.5～5mm；在打印时选择打开高压电场，使高压电场在可降解材料打印头(12)的尖端形成泰勒锥，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印；或关闭高压电场，按需进行50～200μm线宽的熔融沉积制造。
4.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于：所述的收集平台(15)采用绝缘材料，或采用接地的导电玻璃、金属板和硅片。
5.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于：所述的高压电源模块(18)调整电压幅值0.5～40KV，分辨率：0.1kV，用于熔融静电打印时可降解材料打印头(12)与三维运动平台(16)之间形成稳定的高压电场，使可降解材料在高压电场作用下形成材料射流，启动三维运动平台(16)的运动程序后，利用可降解材料打印头(12)与收集平台(15)的相对运动，可降解材料射流在收集平台(15)上形成相应的图案或结构。
6.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统，其特征在于：所述的电脑主机(24)能够对骨替代物模型数据进行切片处理，选择聚醚醚酮打印或可降解材料打印，选择可降解材料线宽和聚醚醚酮材料线宽，生成逐层打印的路径；自动控制温度、湿度、电压；通过控制三维运动平台(16)在X、Y、Z方向上的运动，逐层打印出可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物。
7.根据权利要求1所述的一种可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3D打印系统的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)关闭紫外线杀菌系统(3)，打开超净实验台(1)；
2)将聚醚醚酮丝材固定在聚醚醚酮丝盘(7)，打开丝盘预热系统(8)对聚醚醚酮丝材进行预热；
3)将可降解材料装入超精密注射泵(13)，打开打印喷头加热圈(14)对可降解材料加热；
4)选择聚醚醚酮打印头(9)打印，打开打印头加热系统(10)，送丝系统(11)，放置收集平台(15)，将聚醚醚酮打印头(9)调整至相应高度，通过电脑主机(24)切片处理并选择聚醚醚酮材料对应的路径进行聚醚醚酮打印；
5)选择可降解材料打印头(12)打印，打开超精密注射泵(13)，调节加热温度、三维运动平台(16)运动速度，将可降解材料打印头(12)调整至相应高度，通过电脑主机(24)选择可降解材料对应的路径，选择高压电源模块(18)的开或关，按需进行0.5～15μm线宽的熔融静电打印和50～200μm线宽的熔融沉积制造；
6)根据生成的打印路径进行打印，自动切换聚醚醚酮打印头(9)和可降解材料打印头(12)，打印出可降解材料和聚醚醚酮材料的复合材料支架，根据打印路径如此往复，直至打印出可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物；
7)打开紫外线杀菌系统(3)，对打印机外壳(2)内进行无菌处理，关闭超净实验台(1)，使整个系统处于无菌状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910527820.9A CN110293677A (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910527820.9A CN110293677A (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110293677A true CN110293677A (zh) | 2019-10-01 |
Family
ID=68028277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910527820.9A Pending CN110293677A (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110293677A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113088034A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-07-09 | 宁夏清研高分子新材料有限公司 | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103707507A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-09 | 吉林大学 | 聚醚醚酮仿生人工骨的3d打印制造方法 |
| CN103977451A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 吉林大学 | 钽涂层多级孔聚醚醚酮人工骨支架的3d打印制造方法 |
| CN105031737A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-11-11 | 北京印刷学院 | 3d打印的数字化人工骨及其制备方法 |
| WO2016132289A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | Tecres S.P.A. | Material for the molding of devices to be implanted into the human body or of articular spacers |
| CN106079444A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-09 | 浙江科盈新材料科技有限公司 | 一种桌面级聚醚醚酮高温3d打印装置 |
| CN106222085A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-14 | 西安交通大学 | 一种高精度的生物复合3d打印装置及打印方法 |
| WO2019053239A1 (en) * | 2017-09-18 | 2019-03-21 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | ADDITIVE MANUFACTURING METHOD FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL OBJECT USING SELECTIVE LASER SINTERING |
-
2019
- 2019-06-18 CN CN201910527820.9A patent/CN110293677A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103707507A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-09 | 吉林大学 | 聚醚醚酮仿生人工骨的3d打印制造方法 |
| CN103977451A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 吉林大学 | 钽涂层多级孔聚醚醚酮人工骨支架的3d打印制造方法 |
| CN105031737A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-11-11 | 北京印刷学院 | 3d打印的数字化人工骨及其制备方法 |
| WO2016132289A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | Tecres S.P.A. | Material for the molding of devices to be implanted into the human body or of articular spacers |
| CN106079444A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-09 | 浙江科盈新材料科技有限公司 | 一种桌面级聚醚醚酮高温3d打印装置 |
| CN106222085A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-14 | 西安交通大学 | 一种高精度的生物复合3d打印装置及打印方法 |
| WO2019053239A1 (en) * | 2017-09-18 | 2019-03-21 | Solvay Specialty Polymers Usa, Llc | ADDITIVE MANUFACTURING METHOD FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL OBJECT USING SELECTIVE LASER SINTERING |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王运赣等: "《3D打印技术》", 31 July 2014, 华中科技大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113088034A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-07-09 | 宁夏清研高分子新材料有限公司 | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11904529B2 (en) | Methods for 3D printing of poly-4-hydroxybutyrate and copolymers | |
| Li et al. | 4D printed shape memory polymers and their structures for biomedical applications | |
| Eltom et al. | Scaffold techniques and designs in tissue engineering functions and purposes: a review | |
| CN106222085B (zh) | 一种高精度的生物复合3d打印装置及打印方法 | |
| CN104758085B (zh) | 一种三维生物打印装置和生物打印方法 | |
| CN108969165A (zh) | 一种4d打印形状记忆聚合物复合材料气管支架及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Tissue engineering applications of three-dimensional bioprinting | |
| Munir et al. | The pathway to intelligent implants: osteoblast response to nano silicon-doped hydroxyapatite patterning | |
| CN104353122A (zh) | 一种具有仿生三维微支架的3d打印多孔金属及其制备方法 | |
| CN103977451A (zh) | 钽涂层多级孔聚醚醚酮人工骨支架的3d打印制造方法 | |
| JP6974916B2 (ja) | 多弁尖の弁の電気紡績ステントレス製作のための二重構成要素マンドレル | |
| CN110293677A (zh) | 可降解材料/聚醚醚酮复合骨替代物的3d打印系统及方法 | |
| CN104800896A (zh) | 一种fdm技术3d打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法 | |
| Ignjatovic et al. | Biphasic calcium phosphate coated with poly-D, L-lactide-co-glycolide biomaterial as a bone substitute | |
| CN110466153A (zh) | 一种采用低温成型生物电纺3d打印装置及其制备方法 | |
| Shuai et al. | Polyetheretherketone/poly (glycolic acid) blend scaffolds with biodegradable properties | |
| Raveau et al. | Tissue engineering and three-dimensional printing in periodontal regeneration: A literature review | |
| CN108904103A (zh) | 一种制备异质异构骨修复材料的方法和装置 | |
| Radacsi et al. | Fabrication of 3D and 4D polymer micro-and nanostructures based on electrospinning | |
| Wang et al. | Application of bioprinting in ophthalmology | |
| Bogala | Three-dimensional (3D) printing of hydroxyapatite-based scaffolds: a review | |
| CN110859993A (zh) | 基于聚己内酯静电纺丝3d打印软骨补片支架构建方法及装置 | |
| Wang et al. | Three-dimensional printing of calcium carbonate/hydroxyapatite scaffolds at low temperature for bone tissue engineering | |
| Chen et al. | Functional engineering strategies of 3D printed implants for hard tissue replacement | |
| Saberi et al. | Novel scaffold platforms for simultaneous induction osteogenesis and angiogenesis in bone tissue engineering: a cutting-edge approach |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191001 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |