3D打印技術分類介紹

　　3D打印滲入了各行各業，並引領創新，引發了全球制造業的變革,生物3D打印是3D打印技術在生物醫學領域中的交叉應用，具有重要的研究意義及應用前景。運用3D打印技術既可以制作標准模型，也可以為病人量身定制結構複雜的手術支架等。通過計算機斷層掃描(CT)或者核磁共振(MRI)等醫學成像技術對病人骨缺損部位進行掃描得到所需要的支架模型，逆向工程隨後使用三維打印機進行打印成型。這是傳統的成型技術難以達到的。近年來，三維打印技術在醫用領域內取得了廣泛應用，包括顱面移植、冠齒修複、假體器件、醫療設備、外科手術模型、器官打印、藥物傳輸模型、骨組織工程支架方面的應用。三維打印技術由於其可量身定制性，結構和孔隙可控性以及可複合多種材料等特性受到了研究人員的廣泛關注。這一趨勢也為許多具有突破性的治療方案及設備的發明提供了靈感。
　　接下來我們會詳細介紹骨組織工程領域內目前可用於三維打印的生物材料，包括它們各自的優缺點以及打印標准。同時由於不同的打印機能夠打印的生物材料不盡相同，所以我們也對三維打印機的種類及成型原理進行了簡要概述。3D列印我們希望該篇綜述能夠鼓勵更多的科研團隊發明新的生物材料，最終使得三維打印技術在骨組織工程領域取得更大發展。
　　生物材料能否被打印這與所使用的三維打印機器有很大關系。不同的打印機對材料的要求不盡相同。在生物醫學領域，主要使用的打印機分為四種類型：光固化立體印刷技術、熔融沉積打印技術、選擇性激光燒結技術、直接漿料擠壓技術。
　　熔融沉積以及直接漿料擠壓技術，是兩種常用的制備骨組織工程支架的辦法。直接打印的漿料有些是與水或者低沸點溶劑(二氯甲烷(DCM)、二甲亞碸(DMSO)混融的聚合物溶液，有些是在擠出後能快速揮發的聚合物溶液，或者一些水凝膠能夠在擠出後依然維持原來的結構。通過三維打印成型的水凝膠在擠出後能夠通過觸變行為、溫度感應或者交聯等方式維持形狀。產品設計公司對於熔融沉積和直接打印來說，分辨率可達到在XY平面噴嘴尺寸25微米，層厚200-500微米。通常情況下這兩種方法在打印長的沒有支撐的或者有尖銳突出部分的模型時有問題。擠出的細絲沒有足夠的強度來立即支撐出自身，所以在沒有支撐的部分會出現松弛或者完全倒塌的情況。為了解決這一問題，有時在打印的過程中也添加填充材料，在打印完成之後用溶劑溶掉或者高溫煆燒掉。
　　粒子熔化的三維打印技術在工業原型生產中已經取得了廣泛應用，包括選擇性的激光燒結沉積技術以及粒子粘連技術，它們不僅能打印聚合物、陶瓷、金屬及其複合材料，還能賦予其獨特或複雜的結構。選擇性激光燒結技術使用有特定方向的激光使聚合物或者金屬粒子達到其熔點以上溫度，從而使粒子熔化在一起。激光束會根據電腦模型分層處理，從頂部開始使粒子熔化成型，並不斷重複此步驟達到最後的效果[3]。選擇性激光技術成型較慢、成本較高，而且需要使用大量材料，但是其能夠在單一機床上成型多種材料的能力使其在許多制造領域中依然占據用武之地。粒子粘結技術也被稱作非方向性的激光燒結技術，其主要原理與選擇性激光燒結技術類似。但是與激光使粒子熔化不同，粒子粘結技術使用液態的粘結劑溶液使粒子粘結，進而通過高溫煆燒得到三維固體。選擇性的激光燒結技術以及粒子粘連技術已經在矯形或者口腔外科等硬組織工程領域得到運用。

　　立體平板印刷技術是將紫外光或者激光穿過可以光致聚合的液態聚合物，使其形成單一的堅硬的聚合物簿膜。在聚合後，基板下降到溶液中，這樣新的樹脂能夠在打印的表面上流過，在上方聚合。在所有打印技術中，立體平板印刷具有最高的分辨率，傳統的立體平板印刷分辨率達到25微米，而微米級的立體平板印刷以及高精確的立體平板印刷技術分辨率達到了單微米級別。然而由於立體平板印刷由於其只能在紫外光下交聯、延伸的後成型特性、缺乏合適的力學性能、樹脂在最後容易被堵塞，以及最重要的缺乏相關可用於立體平板印刷技術的生物相容性及生物降解性的材料，使得其在醫學領域缺乏發展空間。但近年來由於一些天然的或合成的可交聯的生物材料的發現，給立體平板印刷在組織工程領域中的應用提供了很大機會。