3D打印技术出现在20世纪90年代中期,是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术。首先简单介绍了工业机器人领域的3D打印技术,并从打印精度、使用材料、打印层厚等方面对比分析了几种常见的3D打印技术中最适合与机器人结合应用的技术;然后重点介绍了机器人结合3D打印技术在建筑、金属、生物3个增材制造领域的应用进展。

基于挤出式生物3D打印原理,在对现有凝胶打印工艺进行改进的基础上,研制了一台可将凝固液雾化的新型生物凝胶三维打印机。提出了该生物凝胶打印机电系统总体设计方案,并设计了基于ARM-Cortex-M4内核的嵌入式控制系统和机械结构中的主要部件。同时优化了供液系统,解决了凝固液喷洒不均和较大尺寸凝胶成型件连续打印时供液不足的问题。该生物凝胶打印机通用性较好,可对多种材料且空间结构复杂的凝胶件进行打印成型。经实例验证,该生物凝胶打印机成型精度较高,打印速度快,安全可靠。

针对外周神经修复中使用的多通道神经支架加工困难的问题,提出了多材料3D打印技术制备微管阵列甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)神经支架的方法。通过多喷头3D打印技术实现了GelMA材料和明胶材料的多材料精密挤出成型,基于成型过程中明胶材料低温凝胶和升温溶芯工艺获得了高密度微管阵列结构,对最终成型的GelMA神经支架的微管直径、微管间距、孔隙率和力学性能等关键参数进行了评价。研究结果表明微管直径和间距尺寸的制造误差分别为2.4%和0.3%。随GelMA浓度的增加支架力学性能呈增强的趋势,支架孔隙率呈逐渐降低的趋势。当GelMA浓度为5%和7%时,支架孔隙率在90%以上。综合支架的营养物质扩散、制造误差和力学性能,浓度为7%的GelMA微管阵列神经支架有望满足外周神经再生的需求。

3D打印载药组织工程骨支架正朝着多材质方向发展。针对多材质支架打印过程中出现的多喷头切换时产生的喷头干涉碰撞、共点打印以及流涎现象,对电机挤出式打印喷头的切换装置、多材质打印路径及多喷头打印控制进行研究,提出基于电机挤出沉积的多喷头打印系统及多喷头控制方法。使用花瓣形喷头切换机构实现多材质的切换,设计多喷头切换的路径规划方法及上位机控制程序,最后以羟基磷灰石和聚乙烯醇的混合材料在多喷头生物3D打印系统上进行打