3D生物打印用材料

　　3D生物打印材料分為細胞(cell)和逆向工程非細胞(non-cell)打印材料。打印材料嚴重影響和制約3D生物打印技術的發展與應用，主要包括材料的生物相容性、生物響應性、降解性能、力學性質等。打印前准備策劃、打印中及打印後處理過程中要最低限度的損傷表面或內部細胞、保持成型材料的生物相容性並保證其活性和存活率。目前3D列印產品尚不能實現理想供血並融合入人體血液循環系統，而未來打印具有感知能力的組織和器官還RP有較長的路要走。

　　1、醫用金屬材料

　　3D列印金屬材料主要包括純鈦及鈦合金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金等。金屬熔融溫度較高，打印難度較大，常采用SL3D列印A和SLS方式。郭征等打印出鎖骨和肩胛骨鈦合金植入假體並成功植入骨腫瘤患者體內。劉靜等利用低熔點液態金屬Ga67In20、5Sn12、5結合微創手術直接在目標組織處注射成型電子器件。

　　2、醫用無機非金屬材料

　　3D列印技術解決了形狀或內部結構復雜部件需用精密模具成型的難題，生物陶瓷、生物玻璃、氧化物、石墨烯等在3D列印骨替代品、美容整形，口腔、矯形假體、康復器具等領域有著廣泛應用前景。

　　3、醫用高分子材料

　　目前，生物醫用高分子材料的開發從在分子水平上打樣設計合成具有特殊功能的高聚物，向合成具有主動刺激誘導損傷組織再生修復的生物活性材料方向發展。醫用高分子可適用於多種打印模式，應用最多的是FDM和SLA。FDM使用天然高分子材料(包括藻酸鹽、膠原、纖維蛋白原、明膠、細胞外基質、瓊脂糖、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖、殼聚糖等)、合成高分子材料〔如聚乳酸(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羥基丁酸酯(PHB)、聚-羥基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯(PBS)、聚己內酯(PCL)等〕、熱塑性高分子材料(如PC、ABS-M30i、尼龍、PEEK等)。SLA則采用液體光敏樹脂。

　　Hutmater等利用FDM技術以PCL制備了內部貫通的可降解多孔組織工程支架。Teoh等基於PCL制備骨軟骨復合支架。Hennink等制備了羥甲基乙交酯(HMG)與ε-CL的共聚物(PHMGCL)支架可促進人間充質干細胞存活和增殖及成骨分化。

　　通過SLS技術，Das等以PCL制備了力學性質達到或接近人松質骨的可降解多孔豬下頜髁突支架，實現與動物骨組織結合良好。David A、 Zopf以PCL制備了可生物吸收氣管支架並成功長期植入局部支氣管軟化症患兒體內。加入氯化鈉等造孔劑，可獲得高孔隙率的3D支架材料。PCL三維支架用於制備具有多層同心環結構的圓柱型藥物控制釋放器件，增加同心環數目可抑制模型藥物初期的突釋行為。

　　4、復合生物材料

　　3樣品D列印技術可將多種材料復合、共混、雜化，各組分間取長補短。復合生物材料性能具有廣譜的可調性，彌補了單一材料應用中的不足。但將理化性質差異較大的材料進行融合、將組合優勢最大化是目前研究的熱點之一。

3D列印醫療技術的發展現狀與展望

　　1、體外器官模型、仿生模型制造

　　用於術前診斷、手術策樣品劃和預演，為診斷和治療提供立體直觀、可觸摸的信息，便於醫、工、患之間溝通，縮短手術時間、降低手術費用，有效提高診療水平。

　　2、手術導板、假肢設計

　　根據采集的個體數據，為患者量身訂制手術導板和個性化假肢等器具，可提高手術效率和精RP確度；提升假肢設計和制作水平。

　　3、個性化植入體制造

　　患者受損組織器官有大量個性定制需求，如顱骨、頜骨、鼻骨、下肢骨、脊椎、髖骨等，特別是整容塑形領。3D 打印可實現3D列印精確復制受損部打樣位形狀並恢復其功能。作為全球臨床首例3D列印移植物，2011年荷蘭醫生為83歲婦女安裝了3D列印技術打印金屬下頜骨。

　　4、組織工程支架制造

　　利用3D 打印可設計和制備具有同天然組織類似的材料組成和顯微結構，賦予高度的逆向工程生物活性和增殖、修復能力的組織工程支架。

　　5、藥物篩選生物模型和藥物打印

　　藥物篩選需要對不同化合物的生理活性、藥物毒性做大規模橫向比較，生物打印技術制造藥物病理模型、人造器官、以及人體器官芯片(甚至人體芯片)可避免大規模動物實驗和人體實驗帶來的倫理、時間和費用問題，在短時間內大規模、高通量篩選新型高效藥物。通過3D列印技術實現多種材料精確成型和局部微細結構，從而實現一種或多種藥物同時精確控制釋放。2016年Aprecia宣布第一個利用3D列印技術平台“Zipdose”制造的治療癲癇病藥物SPRITAM上市。

　　6、活性組織及器官打印

　　通過細胞三維控制組裝及後期的處理和培養，實現對於微環境、微結構和功能的模擬，逐漸融入全身循環系統並具備感知功能，最終實現組織與器官的原位打印和構建完整的生命體。

3D 打印在未來可能會給我們的生活帶來哪些顛覆

　　3D 打印這個概念最早是在1892年由一位美國學者提出的。打樣1984年，有人發明出分層實體制造技術RP，開始嘗試將 3D 打印技術商業化。5年後，第一台商業機型成功面世。又過了兩年，就有人在這個基礎上大幅度地迭代改進3D列印，發明了立體光固化成型技術，開始推出面向公眾的商業打印機。之後 3D 打印技術就開始飛速迭代，新的技術層出不窮，大大提高了制造的精度。

　　到2005年，人們開始研究怎麼讓打印機自己復制自己，就是說用一台 3D 打印機怎麼打出另一台 3D 打印機。到2011年，3D 打印機已經可以打印出完整的汽車和飛機。到2015年，連續液態界面制造技術被發明出來，這個技術比以往任何一種技術都快2樣品5到100倍。

　　3D 打印給我們的生活帶來的衝擊主要體現在兩個方面，第一是供應鏈系統會被大大壓縮。比如使用全自動 3D 打印技術後，不管設計者在世界的哪一個角落，只要能提供數據模型，就能在消費者所在地打印出東西，想要多少做多少，大大節省了運輸費、制造裝配等流程所耗費的時間和費用。傳統的耗時、遲滯、臃腫和線性的供應鏈系統將會失去市場，3D 打印會帶來全新的機會。

　　第二是新的產品和新的生產方式會不斷出現。比如，可以用 3D 技術打印出完全契合人體的生物替代氣管，用新材料微晶格打印飛機艙壁和艙門等。除此之外，3D 打印技術在其逆向工程他領域，像食品、服裝、建築、汽車等等，都會帶來變革。

3D列印技術原理

　　簡單來說，3D列印，就是在普通的二維打印的基礎上再加一維。打印機先像普通打印一樣在一個平面上將塑料、金屬等粉末狀材料打印出一層，然後在將這些可黏合的打印層一層一層的粘起來。通過每一層不同的“圖形”的累積，最後就形成了一個三維物體。就像蓋房子一樣，磚塊是一層一層的，RP但累積起來後，就成一個立體的房子了。

　　什麼是3D列印技術

　　3D列印技術是什麼?確切的說，3D列印是一種以金屬或者塑料等粘合劑作為打印材料，以數字模型為基礎進行逐層打印的一種技術。通過電腦與3D列印機連接起來便可以將繪制的圖紙打印出模型的一種手段。如今這一技術在多個領域得到應用，人們用它來制造服裝、建築打樣模型、汽車、巧克力甜品等。

　　3D列印技術的優點

　　3D列印與傳統的通過模具生產有很大的不同，3D列印最大的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何樣品形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。同時，3D列印還能夠打印出一些傳統生產技術無法制造出的外型，同時，3D列印技術還能夠簡化整個生產流程，具有快速有效的特點。

　　3D列印技術的運用領域

　　目前，3D列印主要運用於傳統制造業、醫療行業、文物保護行業、建築設計行業和配件飾品行業，而且在這些行業中已經運用的比較廣泛，在醫療行業中，3D列印還可以為器官移植患者量身打造所需器官，當然，打印人體器官需要特殊的高分子材料，才能做到不對人體排異！

　　3D列印技術過程原理

　　每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水逆向工程，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然後是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢後只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環利用。

3D列印技術對於教育事業發展的五大重要作用

　　1、3D數據和物理世界可以互相作用

　RP　3D列印的概念實際上就是將一個物理的東西從無到有，那麼這樣的一個概念將會拓寬孩子的想像力。通過提高，那麼幼兒的創3D列印新和創造力也能夠得到進步。

　　2、數字化制造教會學生審視錯誤

　　著名Stratasys是將“3D列印走進課堂”活動的領先企業。他們發現在實踐中，學生可以通過一次次的與技術人員進行溝通而提高自身逆向工程，同時通過數字化的制造方式來找到自己的錯誤，並擁有一個參照物來審視自己。

　　3、教育工作者已經准備好了迎接下一個教育時代

　　許多國家現在都已經意識到了3D列印對於學生未來發展的重要性，也已經開始想辦法利用3D列印來提高教育水平，中國也不例外。中國政府希望在2017年實現每一所小學都有一台，並為學生配備相應的教育資源。

　　4、3D列印技術激發了各行各業的進步

　　3D列印對打樣於各行各業來說，都有著不同程度的作用。而正是因為其所具樣品備的多功能性，所有各行業的從業者都希望能夠利用其推動自身的發展。所以，學習對於整個社會的進步都具有很好的作用。

　　5、3D列印有助於學生更好的理解概念

　　很多時候，老師和家長給孩子灌輸知識的時候都是通過口述、或者書面展示，這樣往往無法給孩子留下很深刻的印像。但是如果老師和家長采用制作出實物，然後再用來給孩子講解，那麼效果一定事半功倍。

熔接機區別

　　超聲波在現在生產中的運用也是非常廣泛，像各類無紡布/3M液晶面罩化纖布的焊接、切割、分條，塑料類的焊接等，但是由於超聲波與高周波的工作原理的差異，二者適用的原材料和運用領域也植釘機會有一定的區別。

　　1、超聲波塑料焊接機是超聲波塑料焊接設備在塑料焊接領域研發設計的焊接設備，業內簡稱為超聲波塑焊機。超聲波焊接設備是熔接熟塑性塑料制品的高科技技術，各種熟塑性膠件均可使用超聲波熔接處理，在焊接塑料制品時，既不要添焊機租賃加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，熔接機具有操作簡便、焊接速度快、焊接強度高、生產效率高等優點。

　　2、高周波與超聲波是不同的兩個概念，高周波是指頻率大於100Khz的電磁波，超聲波是指頻率超過20千赫茲的聲波。高周波的焊接原理、熔接原理與超聲波也是不一樣的，高周波是利用高頻電磁場使物料內部分子間互相激烈碰撞產生高溫達到焊接和熔接的目的，而超聲波是利用超聲波換能器將電能轉化為熱能並通過加壓達到焊接和熔接的目的。高周波與超聲波的應用領域都非常廣泛。

　　3、高周波類有高周波塑料熔接機、高周波皮塑熔斷機、高周波折盒壓痕機、高周波金屬熔鑄機、高周波金屬加熱機等。主要有：各種(PVC)為主的塑膠熔接、焊接、燙金等的高周波塑膠焊接機。

電焊機工作原理

　　電焊機的主要部件是一個降壓變壓器，次級線圈焊機租賃的兩端是被焊接工件和焊條，工作時引燃電弧，在電弧的高溫中將焊條熔接於工件的縫隙中。由於電焊變壓器的鐵芯有自身的特點，因此具有電壓急劇下降的特性，即在焊條引燃後電壓下降；在焊條被粘連短路 時，電壓更是急劇下降。

　　在焊接操作時，雖然電路中的電流處處相等，但由於各處的電阻 不植釘機一樣，在不固定接觸處的電阻最 大(這個電阻叫接觸電阻)，根據電 流的熱效應定律(也叫焦爾定律)，即 Q=IR。t可知：在電流相等時，則電 阻越大的部位發熱越高，因此在焊 接時，焊條的觸頭也就是被接的金 屬體的接觸處的接觸電阻最大，則 在這個部位產生的電熱自然也就最 多，加之焊條是熔點較低的合金，自然容易熔化。熔化後的合金焊條芯 粘合在被焊熔接機物體上，冷卻後便把焊 接對像粘合在一塊。

　　一般直流逆變電焊機面板上均 設有輸出直流電流調節旋鈕。逆變直 流電焊機先 是將單相交流220V電壓 或三相交流 380v電壓進 行橋式整流、 濾波，然後供給功率開關器件進行 逆變處理。

　　少部分逆變電焊機先利用53M液晶面罩55 時基電路等脈衝產生電路產生矩形 脈衝波，再利用三極管進行電流放 大，接著用一對互補場效應管進行 電壓放大，從而產生高頻信號，最後 利用升壓變壓器進行升壓，在二次 繞組上得到感應交流電。其功率的 大小取決於放大電路的放大能力。

　　現在的逆變電焊機多采用由 IGBT管組成單端正激式逆變電路， 其控制系統多采用脈寬調制芯片 SG3525，其逆變頻率為20kHz，並能 進行恆流外特性控制。系統在空載 時，由於采用電壓反饋控制，PWM 調制器間斷地輸出脈衝，因間歇振 蕩的頻率低且脈衝寬度窄，這樣不 但空載損耗小，而且變壓器不易飽 和。由於該類焊機采用以脈寬調制 PWM為核心的控制技術，從而可獲 得較好的恆流特性和優異的焊接工 藝效果。

高周波熔接機優點

　　①高周波熔接機防電波干擾裝置：高周波頻率熔接機穩定器及高頻磁場屏蔽系統裝置，將PVC塑料熱合機高頻干擾降到最低，有效解決了PVC塑料熱合機高頻干擾對其他機器或者居民生活的影響。

　　②高周波熔接機周率穩定：文具高頻熱合機采用國際工業波段 27。12MHZ ，輸出周率穩定，符合國際工業波段標准。

　　③高周波熔接機輸出力強，性能可靠：低損耗同軸振蕩器，同調調諧器，高頻熱合機輸出力強縮短熔接時間植釘機，提高產量。

　　④高周波熔接機高感度火花防止器：電子閘流管，檢測文具高頻熱合焊機租賃機過量電流。

　　⑤高周波熔接機安全性能：本文具高頻熱合機機在工作或靜止時，無論是突然遇到停電還是停氣時，或者是通電還是通氣3M液晶面罩時，機器都是靜止狀態，保持原來位置，不會突然上升或下降；大大提高工人操作安全問題。

　　⑥高周波熔接機加熱裝置：無級加熱調溫裝置，可依不同產品的生產需要，可調整溫度，讓文具高頻熱合機工作效率更高。

植釘機知識

　　植釘機在國內有很多種稱呼，包括 種釘機，植釘機 種焊機等等都熔接機是非標准名稱，其標准名稱為 螺柱焊機。

　　植釘機工作時，瞬間(1-3毫秒)產生焊機租賃強電流，將焊釘前端熔化並通過焊槍的壓力(壓力焊槍)或衝擊力(提升焊槍)將焊釘焊接在金屬板表面，看上去就像是焊釘被“種植”在金屬板表面，由此得名植釘機。

　　植釘機一般是指儲能式螺柱焊機，而拉弧式螺柱焊機一般稱為拉弧焊機。這3M液晶面罩裡專門介紹儲能式螺柱焊機。

　　植釘機的焊接範圍

　　一般來說植釘機用於薄板連接件，即金屬板的厚度一般在2毫米或以下，但最小厚度在0。8毫米以上，厚度通常為1-1。5毫米之間。這是因為植釘機的焊接能量和焊接時間非常有限，焊接熔池較淺，過厚的板材會造成焊接不牢固的情況，超過2mm厚的板材建議使用拉弧焊機進行焊接。

　　同樣由於能量有限的原因，植釘機焊接的焊釘直徑一般在3-8毫米範圍內，2毫米以下的金屬板極少遇到需要焊接8毫米以上焊釘的情況，因為8毫米的焊釘強度已經完全滿足強度需要。

　　植釘機的應用範圍

　　植釘機廣泛運用於鈑金工程、電子業開關櫃、試驗和醫療設備、食品工業、家電工業、通訊工程、工業全套炊具、辦公室和銀行設備、投幣式提貨機、玻璃幕牆結構和絕緣技術等。

　　同樣也適用於保溫釘焊接行業。