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3D打印技术实例:选择性激光烧结应用

时间:2023-10-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2-20所示为选择性激光烧结砂型铸造获得的一款发动机缸盖的铝铸件。图2-20 选择性激光烧结砂型铸造获得的发动机缸盖的铝铸件直接制模法是一种极具开发前景的制模方法,由于SLS能够对金属粉末进行加工,因而在直接制造金属模具上具有独特的优势。图2-21a所示为选择性激光烧结成型的一个排气管砂芯和下模,整套砂模的烧结时间为48h。

3D打印技术实例:选择性激光烧结应用

1.在快速模具制造上的应用

快速模具制造(Rapid Tooling,简称RT)是一项制造周期短、成本低的制模技术,近几年来在国内外得到迅速发展。快速模具制造与快速原型相结合具有技术先进、成本低、周期短等优点。快速模具制造一般分为间接制模和直接制模两种方法,SLS工艺在这两种方法中都有很好的应用。

由于SLS可以制造形状复杂的零件,因此非常适合应用在间接制模法的熔模铸造和砂型铸造中。图2-20所示为选择性激光烧结砂型铸造获得的一款发动机缸盖的铝铸件。发动机缸盖的内部结构极为复杂,但是选择性激光烧结的最大长处就是与复杂程度无关,越复杂的零件越适合快速成型制作。

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图2-20 选择性激光烧结砂型铸造获得的发动机缸盖的铝铸件

直接制模法是一种极具开发前景的制模方法,由于SLS能够对金属粉末进行加工,因而在直接制造金属模具上具有独特的优势。一般是利用间接法激光烧结金属粉末,再抛光型腔表面和型芯面,加上浇注系统和冷却系统,构成注塑模具。图2-21a所示为选择性激光烧结成型的一个排气管砂芯和下模,整套砂模的烧结时间为48h。烧结成型的砂模和砂芯经过时效和组合后即可直接进行浇注。图2-21b为排气管成品铸件,材质为球墨铸铁,最薄处壁厚仅有5mm,从设计完成到得到最终铸件仅需要短短的一周时间。图2-22为利用选择性激光烧结制作的快速型芯。

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图2-21 选择性激光烧结快速铸造排气管

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图2-22 利用选择性激光烧结制作的快速型芯

2.在医学上的应用(www.xing528.com)

(1)植入体和赝复体 口腔颜面部如眼、耳、鼻等的缺损的修复,由于受患者身体条件及修复技术等多种因素的限制,仍采用赝复体修复。传统的手工制作法制作的赝复体精度难以保证,制作周期长,与缺损面衔接精度不完美。因此,传统制作方法在临床医学上的应用受到了很大的限制。目前,基于快速成型的SLS技术也用于制作赝复体,SLS法制作的赝复体用蜡模,精度高,可操作性强,解决了外形精度的问题,缩短了制作周期,满足了病人个性化的需求。

用于制作赝复体的最终材料是硅橡胶,现在的加工方法还不能直接得到硅橡胶赝复体,因此需要进行中间模型转换。用三维激光扫描仪对标准石膏鼻模进行扫描获得三维数据,然后用选择性激光烧结法烧结出蜡模型,如图2-23a所示,用高压汽枪冲洗后充填硅橡胶,开盒去除多余的毛边,染色,最终得到硅橡胶鼻模赝复体,如图2-23b所示。

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图2-23 石膏鼻蜡模及其硅橡胶赝复体

(2)组织工程支架 “组织工程”一词第一次提出是在1987年由美国国家科学基金会(NSF)在华盛顿举办的一次生物工程会议上。组织工程支架作为细胞增殖的载体,移植到人体内,为细胞的生长与增殖提供一个临时的支撑,因此它必须具备三维多孔结构,以满足细胞的增殖,营养与代谢物的传递。传统方法加工的支架力学性能不足,内部孔隙相互贯通程度低,孔隙率和孔分布的可控性差,特别是用于临床上,支架的个性化程度不够,影响支架复合细胞植入体内的修复效果。在溶剂浇铸/粒子沥滤法制备过程中,所用的有机溶剂具有较高的毒性,可能会残留在支架的部分区域,植入体内引起炎症或者其他症状。而SLS技术可直接选择具有生物性能的材料作为加工材料,无支撑,并且可以通过调整主要参数来控制孔隙率、孔径大小,从而得到较好的微观结构。图2-24a所示为传统方法加工的支架,图2-24b为SLS加工的支架,图2-24c为SLS加工的中空骨支架。

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图2-24 传统方法和SLS技术加工的支架

(3)药物传送装置 药物传送装置是一种药物控制释放装置,它的优点是能够维持血药浓度水平、减少给药次数、降低药物毒性、提高药物疗效等。理想的药物缓释装置进入人体内能使药物以零级动力学速率进行持续给药,随着药物的缓慢释放,装置也会被缓慢吸收或者排出体外。目前用于药物缓释载体制备的方法主要是静电纺丝法。采用该法制备药物缓释装置时对材料有一定要求,因此存在局限性。而SLS技术具有材料选择范围广、无支撑、可加工复杂内部结构等优点,成为药物缓释装置制备最理想的方法。图2-25所示为SLS制作聚合物圆柱形药物传送装置。

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图2-25 SLS制作的聚合物圆柱形药物传送装置

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