3D異種構造の同時マルチマテリアル埋め込み印刷

3D異種構造の同時マルチマテリアル埋め込み印刷
寄稿者: Li Huihe、Gao Lin 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室 出典: 中国機械工学会付加製造技術 (3D プリント) 支部

3D プリントの応用は、自然組織の構造を模倣するために特定の細胞を含むカスタマイズされた組織構造を作成することにより、組織工学にまで拡大しました。生物学的 3D 印刷技術がますます成熟する中、1 つの材料のみを使用して完全に機能する組織や臓器を in vitro で構築することは非現実的です。現在の課題に対する解決策として、マルチマテリアル バイオプリンティング テクノロジーは、in vitro で異種構造を構築するためのさまざまな細胞および生体材料のオプションを提供します。全体的な構造の完全性を合理的に維持しながら、正確な材料分布で異種構造を印刷することは、マルチマテリアルバイオプリンティングにとって常に課題でした。

上記の問題に対処するために、浙江大学と英国バース大学の研究者らは、図1(a)に示すように、複数の材料を同時に埋め込む印刷方法を提案しました。この方法は、埋め込み懸垂浴印刷を採用しており、複数の独立制御傾斜角ノズルを使用して、埋め込み媒体の個々の亀裂にさまざまな材料を堆積させます。押し出されたマイクロフィラメントは、図1(b)に示すように、正確な空間位置にしっかりと融合して堆積できます。研究者らは、埋め込み印刷の原理に基づき、数学的計算と定量的特性評価を通じて、同時印刷法では印刷速度と埋め込み媒体のレオロジー特性を調整することで、構造の形態をより適切に制御し、印刷精度を向上できることを発見しました。

図 1 同時マルチマテリアル埋め込み印刷装置とプロセス 提案された同時印刷方法を検証するために、研究者らは、図 2 に示す一連の管状および球状の多層構造を印刷しました。これには、二重層中空直管、二重層半球形管、二重層 Y 字型管、小腸と肝臓の二重層構造が含まれます。結果は、印刷層の厚さが 200μm 未満の場合に印刷精度が高くなることを示しています。同時に、同時印刷方式で製造された二層構造は、順次印刷方式と比較して、接着性が良好です。研究者らは、印刷された部品の構造的完全性を検証するために、同時印刷、順次印刷、鋳造の3つの製造方法を使用し、材料剥離実験を使用して異なる材料間の結合強度を測定しました。実験結果によると、従来の順次印刷方式と比較して、同時印刷方式では2つの材料間の結合強度が2倍の7.12 J m−2に増加しました。

図 2 異なる形状の同時印刷された多層構造 研究者らは、提案された印刷方法は、高精度で構造的完全性に優れたマルチマテリアル多層構造を製造する可能性を示しており、柔らかい生体材料や柔らかい複合ヘテロ構造を製造するための有望な技術になると考えています。さらに、同時印刷法は精度と構造忠実度が優れているため、他のポリマー材料のマルチマテリアル積層造形アプリケーションにも適用できる可能性があります。

参考文献:
Ziqi G、Jun Y、Peng L、et al. 3D異種構造のための同時マルチマテリアル埋め込み印刷[J]。International Journal of Extreme Manufacturing、2023、5(3)​​。

構造、精密、生物学、多材料

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