导读:DLP(数字光处理)3D打印技术以其高精度和材料优势,在工业和医疗领域应用更加广泛。但该技术的挑战在于树脂需具备极低粘度,需通过溶剂稀释至合适流动性。然而,使用溶剂会引发问题:打印件可能收缩高达30%,且溶剂蒸发会产生残余应力,影响尺寸精度和稳定性。
针对这一难题,杜克大学的研究团队在《应用化学国际版》上发表了一项新成果:他们开发出一种全新的无溶剂聚合物,不仅消除了收缩问题,还提升了部件的机械性能,同时保持了材料体内降解性,使其具备在医疗领域的广阔应用前景。
“我的目标是为DLP 3D打印开发出一种薄层、低粘度的材料,以满足可降解医疗设备的需求,”杜克大学博士候选人Maddiy Segal说道。“经过多次尝试,我最终找到了合适的单体与合成方法,成功制备了一种无需溶剂即可用于DLP打印的新型聚合物。”
作为首批适用于DLP打印的无溶剂树脂之一,Segal对用这种材料制作的测试样品进行了深入评估,结果让她倍感振奋。测试样品完全没有出现收缩或变形,同时在强度和耐用性上也远胜于传统溶剂打印的部件。她表示,这项研究是首次通过消除溶剂成功提升DLP打印聚合物的机械性能的案例。
材料开发的“实验烹饪”过程
在新材料的开发过程中,Segal分析了Becker实验室及其他研究团队所开发的多种树脂的结构和性能,并采用经验主义方法不断调整单体结构和链长,以达到理想的低粘度效果。她将这一过程形容为一种类似于“烹饪”的实验:“我们需要混合不同的成分,进行加热,并对结果进行测试,不断调整,直到达到理想效果。”在整个过程中,她大约尝试了60种不同的组合,才最终找到适合DLP打印的最佳配方。
推动可降解医疗植入物的发展
Segal表示,开发这种材料的另一个重要目标是推动医疗领域的应用。“除了制造不收缩且强度更高的材料外,我还希望它能应用于可降解医疗设备的研发。去除有毒溶剂的使用,将使材料更具生物相容性,并减少潜在风险。”她的终极目标是利用这项技术制造出可自然降解的医疗植入物。
目前,许多用于临时植入的医疗器材无法被人体自然分解,需要多次手术才能植入和取出。而Segal的研究希望改变这一现状,开发出一种能够通过人体自然代谢逐步降解的植入物。这种设备不仅能减轻患者的痛苦,还能减少手术次数。
这类新型材料不仅适用于植入式设备,还可以用作骨粘合剂,用于临时固定骨折。此外,它在软体机器人领域也有潜力,满足对柔性、可降解材料的需求。
结语
杜克大学的这项研究不仅在DLP 3D打印领域取得了突破,还为可降解医疗植入物的开发铺平了道路。随着这种无溶剂聚合物的推广,未来的医疗器械制造或将迎来一次重大变革。无需溶剂的3D打印材料不仅能提升设备性能,还将减少患者的医疗负担,实现更为安全、有效的治疗方案。
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