供稿人：张智航，连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-06-07
在组织工程领域，制造复杂几何形状的多细胞结构是必不可少的，3D生物打印技术被广泛应用于此。为了提高打印构件的生物和机械完整性，需要连续打印的单喷头。加拿大爱德华王子岛大学副教授阿里·艾哈迈迪团队研制了一种用于多材料生物3D打印的单喷头，该打印头可以打印多达四种不同的生物材料。在一定的压力和针头内径范围内，对打印头的过渡距离进行了表征。最后，通过在打印头的内通道上施加硅涂层来减小过渡距离。 为了比较所开发的打印系统与商业上可用的多头打印系统的连续多材料打印能力，打印了30×30 mm的图案(图1)。通过商业可买到的系统进行打印的结构显示，当生物墨水从红色变为蓝色时，打印细丝不连续(图1a)。如图1b所示，使用开发的SNMM打印系统时没有观察到这种不连续
图1(a) 商用多头生物打印和 (b)开发的SNMM打印的30mm×30mm正方形的比较
有机硅涂层的使用减少了过渡距离以及过渡距离的变化。在较大的喷嘴中，由于表面积与体积之比较小，打印头的涂层在减少过渡距离方面效果较差。有机硅涂层将430、330和250 µm常规打印头的最小过渡距离分别从14.87、17.12、17.16 降低到13.63、9.10、5.60（图2）。硅涂层对过渡距离的影响在较小的喷嘴中突出，在25 psi压力下的250µm喷嘴中表现出最大的影响。此外，与涂层打印头相比，普通打印头的过渡距离对压力变化更为敏感。在给定压力下，过渡距离随着涂层打印头中喷嘴直径的减小而减小，而在常规打印头中，过渡距离增加（图2）。建议在低压下使用有机硅涂层以及最小的喷嘴尺寸，使过渡距离最小化。
图2.不同喷嘴尺寸的常规和硅涂层打印头中基于压力的过渡距离表征：(a) 250µm、(b) 330µm 和(c) 430µm