德國(guó)Fraunhofer研究所的研究人員開發(fā)出了一種非常靈活的3D打印方法，該方法能夠根據(jù)需要制造骨植入物、假牙、外科手術(shù)工具或微反應(yīng)器等幾乎任何你可以想象得到的醫(yī)療裝置設(shè)計(jì)。日前，在斯圖加特舉行的Medtec醫(yī)療技術(shù)貿(mào)易展上，科學(xué)家們將展示他們的研究成果。
切開一個(gè)3D打印的陶瓷微反應(yīng)器您可以看到：復(fù)雜的管道和流體連接與整個(gè)部件打印在了一起。這個(gè)被放置在病人床邊的小小制藥廠還沒有一個(gè)兩歐元硬幣大，其中的線路和管道只有幾百微米寬，它不斷地混合各種藥物——止痛藥、血液稀釋劑和抗生素——并根據(jù)病人目前的健康狀況進(jìn)行微調(diào)。這就是微反應(yīng)器技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景，目前在醫(yī)院里尚不存在。但是Fraunhofer陶瓷技術(shù)研究所和Systems IKTS正在開發(fā)的技術(shù)，有望在不久的將來(lái)將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
如今，來(lái)自Dresden的研究者們正致力于一種基于懸浮液的增材制造方法，這種方法如果與其增材制造技術(shù)相結(jié)合，可以創(chuàng)造出不僅僅是微反應(yīng)器，還將包括骨骼植入物、假牙和手術(shù)工具等。“在制造目標(biāo)對(duì)象時(shí)，我們對(duì)于材料類型和顏色沒有任何限制。這使我們能夠使用熱塑性3D打印技術(shù)處理陶瓷、玻璃、塑料甚至金屬等材料。它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以同時(shí)打印幾種不同的材料。”來(lái)自Fraunhofer IKTS材料和工藝事業(yè)部的Tassilo Moritz說(shuō)。在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家們已經(jīng)成功地用高性能陶瓷和硬金屬制造出了部件。如今他們正在尋找合作伙伴，希望將他們的技術(shù)商業(yè)化。
據(jù)悉，研究人員開發(fā)的這種技術(shù)關(guān)鍵在于準(zhǔn)備優(yōu)化的陶瓷或金屬懸浮液。這種混合物主要依靠一種熱塑性的粘合劑，這種粘合劑在大約80攝氏度時(shí)會(huì)變成液體。這是一個(gè)很關(guān)鍵的屬性︰這意為著懸浮液可以快速冷卻并逐層按順序沉積。而且在該粘合劑中它，他們均勻摻入了金屬、玻璃或陶瓷粉末。“我們的混合物非常均勻，而且我們可以精確地設(shè)置粘度的最佳水平，以打印出尺寸適合特定部件輪廓的液滴。簡(jiǎn)而言之，我們的混合物不能太稀或者太稠。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們必須掌握相應(yīng)的制備工藝。”Moritz說(shuō)。打印機(jī)通過(guò)高溫融化混合物，而液滴一旦沉積，就會(huì)快速冷卻硬化。其打印對(duì)象是在一個(gè)平臺(tái)上逐點(diǎn)構(gòu)建的。這就使得不同的材料可以同時(shí)通過(guò)多個(gè)應(yīng)用單元沉積。
“另外一個(gè)挑戰(zhàn)是在隨后的燒結(jié)過(guò)程中如何調(diào)整不同懸浮液的行為，以防止出現(xiàn)任何缺陷。”Moritz說(shuō)，“為此了達(dá)到這一目的，我們通過(guò)特殊的研磨工藝來(lái)優(yōu)化粉末。在燒結(jié)過(guò)程中，細(xì)粒度的陶瓷或金屬物質(zhì)會(huì)在壓力下加熱。而且溫度并不很高，對(duì)象的結(jié)構(gòu)不會(huì)因此改變。
Moritz希望這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基于陶瓷原件的微反應(yīng)器裝置。到目前為止，制造技術(shù)已經(jīng)成為阻止微型反應(yīng)器獲得突破的一個(gè)主要障礙。以前研究人員使用的技術(shù)往往只有在實(shí)驗(yàn)室里能用。而如今這一狀況可能會(huì)改變。“到目前為止，大多數(shù)陶瓷微反應(yīng)器往往是用板材切削而成，其內(nèi)部和外部的密封以及各個(gè)部件的無(wú)縫連接問題一直是這一技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。而如果使用3D打印的話，這些問題將不復(fù)存在。”Moritz說(shuō)。
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