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基于激光的快速成型技术-3D打印技术

更新时间: 2019-09-23 15:41:52  查看次数: 584    
       根据选择性激光烧结(SLS)的概念,所有的激光系统都适用于水凝胶的加工。不同于基于喷嘴的快速成型技术以及喷涂打印技术,对用于成型的水凝胶材料有一定的选择性,这类方法适用于能够光交联预聚成型的水凝胶材料。


       SLA:立体平面打印技术。于1986年由三维系统所提出,被认为是最早用于商业上的固体快速成型技术。一个SLA装置由一下部分组成:填充有液体光固化树脂的内腔,激光光源(一般为UV光),一个能够控制XY方向上光束运动的系统,以及能够在垂直方向内运动的平台。通过在液体材料表面进行单光子吸附,激光光源扫描光敏材料的表面就能够得到2D的水凝胶聚合物,然后平台在Z轴方向的移动,就可以利用层层叠加的方式,使水凝胶聚合物具有三维结构的构造。然后对水凝胶支架进行后处理,清除多余的树脂以及交联剂、引发剂并用UV光对其进行进一步的光固化。Arcaute等人通过盖面激光的强度、树脂浓度(PEG-DMA作为光交联材料)以及光引发剂浓度从而改变激光光固化的深度,此外,还可以调节激光光源在XY方向上的扫描速率也可以改变激光光固化的深度。


       μ-SLA:微型立体平面印刷技术。与SLA的工作原理一样,两者的不同在于两个体系的分辨率不同,μ-SLA能够成型边长仅有几个厘米的精巧立方体,拥有较高的分辨率。


       SGC:一种由CubitalInc开发的与DMD相似的实体磨削固化技术。通过喷射光敏树脂对组装平台进行涂覆,同时,机器为在组装平台上的玻璃板上构建的层面打印光学掩膜。这个打印过程与已经应用于商业上的激光打印机的打印过程相似。当掩膜暴露于紫外光下时透明区域接受辐射,喷射层发生固化。当这层固化完成后,多余的液体树脂通过真空除去并被腊状物替代用以支撑下一层。在重复循环操作之前,该层会被碾平以使下一层更加精确与稳定。


       2PP:双光子聚合(2PP)是一种新兴的先进的激光技术。在这个过程中,光被用来引发化学反应以使光敏材料发生聚合。与其它的光固化体系(单光子聚合)不同,双光子聚合是通过800nm的近红外飞秒激光脉冲辐射来引发聚合反应的。在焦点位置,一种合适的光引发剂吸收两个光子,其波长为800nm,同时,使得它们发挥出一个400nm光子的作用,从而引发了聚合反应。这种聚合只发生在焦点位置,而对其它位置没有影响。这种方法具有使其固化分辨率在所运用光束衍射极限之下的潜能。移动激光焦点就可以在光敏材料中真正的直接实现三维结构物体的组装。利用这种方法,可以构造出特征尺寸小于100nm的可再生的微米级物体,因此,就尺寸精度与分辨率而言,它比其它所有的固体快速成型技术更加的高级。


       SLA立体平面快速程技术已经多次应用于多孔水凝胶支架的成型制造中。Gauvin等人利用SLA技术制备了聚甲基丙烯酸酯(PMMA)水凝胶支架。Liu等选用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)为基体树脂利用乳胶光罩通过层层叠加制备了三维水凝胶支架。在该研究中,水凝胶支架的测分辨率在几百个微米以内,并且在该支架内进行了细胞培养,细胞液能够通过支架内部相互连接的孔洞,并使细胞能够得以存活。由于对形状的要求,因此在制备前,需要预先组装大量的光罩,既浪费时间又不能自动化。Lu等采用SLA技术制备了拥有复杂内部结构且Z轴在几百微米内变化的支架。另一个研究小组甚至制备出了毫米级的聚乙二醇水凝胶支架。但是,在用SLA技术制备支架的后处理完成之后会发现支架会出现收缩变形,所以导致这种方法的主要缺陷是分辨率较低,此外由于所使用的光束会发生散射现象,因此在制备相对较小的支架时会出现明显的变形,并且所制备的水凝胶支架非常脆弱。