3D打印材料之高分子凝胶

3D打印材料是当前制约3D打印服务技术实用化的关键因素之一。现有的3D打印聚合物材料存在打印温度偏高、易产生挥发分、高温流动性差和操作窗口窄的不足，得到的制品在尺寸稳定性和精度等方面还不如传统方法生产的制品。从材料角度出发，解决这些问题，首先需要系统深入研究材料结构、打印工艺和产品性能3者之间关系。针对热塑性线材，通过改善聚合物熔体流动性，优化材料固化或结晶性能，增强制品层间渗透及粘接强度，可进一步提升制品的强度和尺寸稳定性。这里主要高分子凝胶的性质及其应用。

高分子凝胶

高分子凝胶是高分子通过化学交联或物理交联形成的充满溶剂（一般为水）的网状聚合物，如海藻酸钠、纤维素、动植物胶、蛋白胨和聚丙烯酸等高分子凝胶材料用于3D打印。对于凝胶体系，通过改变离子强度、温度、电场和引入化学物质时，凝胶溶胀或收缩发生体积变化，可用于形状记忆材料、传感材料和智能药物释放材料等；高分子凝胶的含水量、生物相容性和力学性能可调控至与人体软组织或组织器官相接近，可以包裹细胞，输送养分和排泄代谢物。高分子凝胶可广泛用于构建组织工程支架，如耳朵、肾脏、血管、皮肤和骨头在内的人体器官都已经可以利用高分子凝胶进行3D打印制造。

Testsu等以PLA和聚乙二醇为原料，采用SLA技术制备了3D水凝胶支架、24面体的多孔支架和非多孔支架。这些支架具有较高的力学性能和良好的孔隙连接性，细胞在支架[36]上可以黏附分化。Arcaute等以聚乙二醇双丙烯酸酯为原料，利用SLA技术制备了具有多内腔结构的水凝胶神经导管支架，经冻干/溶胀后，能较好地维持材料的初始形态，适[37]合体内移植。Butecher等以聚乙二醇双丙烯酸酯（PEG-DA）/海藻酸盐复合原料制备了主动脉水凝胶支架，该水凝胶的弹性模量可在5.3～74.6kPa内调节，可用来制备较大、[38]精确更高的瓣膜。段升华等公开了一种3D打印水凝胶材料，是聚N-异丙基丙烯酰胺类三嵌段共聚物，并含有细胞生长因子及营养组分、水、温敏性聚合物和生物大分子；材料具有与人体软组织相仿的力学性质，用于人体内时，免疫排斥小、抗过敏，生物降解性好。上述相关技术进展表明凝胶类3D打印材料在未来的人类健康方面将有不可替代的作用。

3D打印技术联通了产品生命周期前端开发期的“快速成型”（rapidprototyping）和生产期的“快速制造”（rapidmanufacturing）相关制备工艺、技术、设备、材料和应用，是多种学科的交叉集成。

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