一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法技术

本发明专利技术公开了一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，采用3D打印铸造生物活性材料兼容的模壳，3D打印材料为常温或略高于常温即可溶解于溶剂中的材料，确保生物活性细胞在铸造过程中不会完全灭活，进行铸造后在常温条件下进行无损伤脱模起模，实现铸造成型产品的外形与结构。首先，按照需要运用电脑软件对拟铸造加工的产品进行模壳三维图绘制；通过3D打印机打印出模壳；然后，制备含有活性细胞的生物活性材料，注入模壳内进行铸造；进行常温或低温条件下溶解脱模，在活性生物材料不完全失去活性的前提下去除铸造模具，获得铸件成品。3D打印铸造成型方法可在确保细胞活性的前提下制造各种形状的具有生物活性的结构产品。

A 3D printing casting method for bioactive materials

The invention discloses a casting forming method of bioactive materials for 3D printing, 3D printing by casting compatible bioactive materials, 3D printing materials for normal or slightly higher than the normal temperature can be dissolved in the solvent of the material, ensure the biological activity of cells in the casting process is not completely inactivated after casting at room temperature under the condition of no damage from mold release, realize the shape and structure of casting products. First of all, in accordance with the needs of the use of quasi casting processing products mould 3D drawing computer software; through the 3D printer to print out the mould; then, preparation of bioactive materials containing active cells, injection mold shell casting; room temperature or low temperature conditions in the premise of dissolution release, bioactive material not completely lost the activity of removal by die casting, casting products. The 3D printing casting molding method can make various forms of bioactive structural products on the premise of ensuring cell activity.

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法
本专利技术涉及3D打印铸造
，具体地说，涉及一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法。
技术介绍
随着医学及生物学科技进步与发展，人类对于生物活性材料的研究应用的需求越来越大，其在人造血管、器官、组织、生物反应器等方面具有极大的应用需求。目前，生物活性材料的使用均需要特定的形状实现其专有的用途，其制备需要一定的成型手段，以人造血管制作方法为生物活性材料成型技术中最具代表性。在实际应用中，人造血管的制作采用生物相容材料，常用材料有膨化聚四氟乙烯、聚氨酯PU、聚酯纤维等人造化合物，该类高分子材料人造血管具有很大的局限性，兼容性较差、使用年限短、远期通畅率差等问题，远不如含有生物活性细胞的人造血管性能优异。专利技术专利CN104146794A公开了“一种用于3D生物打印的血管成型装置及方法”，该方法使用旋杆进行打印，加入活性生物细胞有效提高了人造血管的兼容性，但由于其打印方式的局限性，该方法不适用于交叉管等形状的制作。人造血管的常用方法有织造成型和3D打印:织造的方法有针织、编织和机织，织成管状织物后，经后处理加工成为螺旋状的人造血管，可随意弯曲而不致吸瘪，可以编制分叉管等特殊形状，但其成型后力学性能较差。目前人造血管的3D打印仅能打印出直管形状，对复杂形状血管如交叉型等,3D打印技术很难满足实际的需求。在专利技术专利CN201310502875.7公开了“一种复合生物活性材料微区雕刻3D仿生人工骨的方法”，即采用生物活性材料为原材料，进行3D打印制作所需形状的人造骨骼的方法，该方法仅可以进行微区打印制作，且制作过程较繁琐，需逐层打印且在各层之间需涂有生物活性胶水，不适合大区域、大面积、大体积的生物活性材料制作。目前的生物活性材料的成型技术也常采用活性铸造方式进行制作，铸模材料采用生物兼容材料，对铸铸造条件有着严格的要求，对于大型或极小型模具制作有较大困难；生物活性材料铸造可以在保证所需形状的同时确保其力学性能，但其铸造起模技术采用模具破坏处理以取得铸件，多采用敲、碰等方式处理壳模，在起模过程中极易损伤铸件表面，目前现有的生物活性材料铸造技术具有很大的使用局限性。目前现有3D打印技术难以满足大型复杂形状生物活性材料成型的打印。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，本专利技术提出一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法。该成型方法基于3D打印铸造生物活性材料兼容的模壳，其采用3D打印材料为常温或略高于常温即可溶解于溶剂中的材料，确保生物活性细胞在铸造过程中不会完全灭活，进行铸造后无伤损脱模起模的技术，确保铸造成型产品的外形与结构的实现。本专利技术用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.根据需要加工得到的产品参数，设计相应所需的模具形状及尺寸，利用电脑软件绘制模具的3D图纸；步骤2.使用在低温或常温下即0℃～55℃可溶解，且溶解条件不对生物活性造成完全灭活的3D打印材料，根据模具图纸利用3D打印机进行3D打印制造，得到铸造模具；步骤3.根据铸造用生物活性材料的性能选择、制备所需生物活性材料，将生物活性细胞加入铸造选用材料中，并在其中加入充足的养分，用以供给生物活性细胞正常生长分裂所需营养；步骤4.对3D打印出的铸模进行进一步的表面处理以确保铸造精度；对铸造所用生物活性材料进行铸造前处理使其均匀完成铸造:(1)对3D打印出的铸模表面进行打磨或涂抹；(2)对铸造所用生物活性材料进行铸造前处理，搅拌2min，确保内部无气泡、杂质；步骤5.将生物活性材料填充进模具，固定模具并待其凝固成型:(1)将生物活性细胞凝胶注入铸造模具内模和铸造模具外模壳之间；(2)封堵模壳端部，固定模壳位置形状；(3)保持内外模壳固定不动，在37℃条件下，孵化至少1小时以凝胶；步骤6.将铸造成型的铸件与铸模浸入所选3D打印材料溶液中，进行脱模处理。有益效果本专利技术提出的一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，基于3D打印铸造生物活性材料兼容的模壳，所使用3D打印材料为常温或略高于常温即可溶解于溶剂中的材料，确保生物活性细胞在铸造过程中不会完全灭活，进行铸造后无伤无损脱模起模的技术，确保铸造成型产品的外形与结构的实现。成型方法能减小普通活性材料复杂形状的制作难度，降低铸造模具的制作难度，且具有较高的制作精度，减小了工作量；进行模具模型重复打印，便于技术改进与优化；同时可控制模具制造的厚度，适用于较宽范围的制作要求。相比于现有技术，采用水溶性材料可大大减少铸造后的铸件分离与模具处理，简化了现有操作流程，便于实现高效、快速的定制化生产。本专利技术用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，较比传统活性材料制作工艺具有较高的效率:可进行复杂形状生物活性材料加工成型；铸造、脱模过程均为低温条件下进行，对生物细胞活性不造成温度损失；脱模起模过程在溶液中进行，不对生物细胞造成机械损伤。成型方法减少了传统生物活性材料制造的工艺流程，减少了操作人员的工作量，且加工精度高，具有很好的应用价值与前景。本专利技术用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，可在确保细胞活性的前提下制造各种形状的具有生物活性的结构物。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法作进一步详细说明。图1为本专利技术用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法流程框图。图2为本专利技术用于生物活性材料的3D打印铸造三叉管结构示意图。图3为铸件脱模处理结构示意图。图4为本实施例铸件结构尺寸示意图。图5为本实施例铸件结构尺寸轴测图。图中1.铸造模具内模2.铸造模具外模壳3.生物活性材料填充区域4.脱模容器5.铸造模具6.脱模溶液具体实施方式本实施例是一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，采用3D打印铸造模壳，选择可溶性3D打印材料，在常温、常态条件下进行脱模，确保生物活性不降低，不损伤成型产品的外形与结构。该方法首先按照需要运用电脑软件对拟铸造加工的产品进行模壳三维图纸绘制；通过3D打印机打印出模壳；然后,制备含有活性细胞的生物活性材料，注入模壳内进行铸造；进行常温或低温条件下溶解脱模，在活性生物材料不完全失去活性的前提下去除铸造模具，获得铸件成品。参阅图1～图5,本实施例用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，具体步骤如下:第一、根据需要加工得到的产品参数，设计相应所需的模具形状及尺寸，利用电脑软件绘制模具的3D图纸；本实施例为三叉管形状的生物活性材料铸造，该三叉管各管路直径为D1、D2、D3,厚度为h1、h2、h3、长度为L1、L2、L3，各管路之间夹角为a、b、c,根据该形状确定模型制作模具分为外模壳和内模壳；考虑到热收缩，确定所需各模壳的具体参数直径、长度、厚度和管路之间夹角；利用电脑制图软件进行模具3D图纸绘制，使用可直接输入3D打印机进行加工的软件绘制，本实施例采用3DMAX。第二、使用在低温或常温下即0℃～55℃可溶解，且溶解条件不对生物活性造成完全灭活的3D打印材料，根据模具图纸利用3D打印机进行3D打印制造，得到铸造模具；本实施例采用PVA材料作为3D打印原材料进行模具制作，PVA材料可在低温下的水中溶解，在打印过程中，要确保其避免遇水溶解造成铸模破坏。且其溶解条件不可对生物活性材料造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.根据需要加工得到的产品参数，设计相应所需的模具形状及尺寸，利用电脑软件绘制模具的3D图纸；步骤2.使用在低温或常温下即0℃～55℃可溶解，且溶解条件不对生物活性造成完全灭活的3D打印材料，根据模具图纸利用3D打印机进行3D打印制造，得到铸造模具；步骤3.根据铸造用生物活性材料的性能选择、制备所需生物活性材料，将生物活性细胞加入铸造选用材料中，并在其中加入充足的养分，用以供给生物活性细胞正常生长分裂所需营养；步骤4.对3D打印出的铸模进行进一步的表面处理以确保铸造精度；对铸造所用生物活性材料进行铸造前处理使其均匀完成铸造:(1)对3D打印出的铸模表面进行打磨或涂抹；(2)对铸造所用生物活性材料进行铸造前处理，搅拌2min，确保内部无气泡、杂质；步骤5.将生物活性材料填充进模具，固定模具并待其凝固成型:(1)将生物活性细胞凝胶注入铸造模具内模和铸造模具外模壳之间；(2)封堵模壳端部，固定模壳位置形状；(3)保持内外模壳固定不动，在37℃条件下，孵化至少1小时以凝胶；步骤6.将铸造成型的铸件与铸模浸入所选3D打印材料溶液中，进行脱模处理。...

【技术特征摘要】
1.一种用于生物活性材料的3D打印铸造成型方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.根据需要加工得到的产品参数，设计相应所需的模具形状及尺寸，利用电脑软件绘制模具的3D图纸；步骤2.使用在低温或常温下即0℃～55℃可溶解，且溶解条件不对生物活性造成完全灭活的3D打印材料，根据模具图纸利用3D打印机进行3D打印制造，得到铸造模具；步骤3.根据铸造用生物活性材料的性能选择、制备所需生物活性材料，将生物活性细胞加入铸造选用材料中，并在其中加入充足的养分，用以供给生物活性细胞正常生长分裂所需营养；步骤4.对3D打印出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾来兵，刘立，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61