复杂结构的高分辨率3D打印方法与流程

本发明涉及具有复杂几何形状的高分辨率、优选为医疗设备的三维打印方法。

背景技术：

1、众所周知，例如人工或天然造口必须在膜、壁等中永久地(不可吸收的)或暂时地(可吸收的)保持敞开的许多医疗应用需要插入小型医疗设备，例如支架。应用示例是通过插入环/支架来治疗脑积水。

2、极小型设备的另一个应用示例是作为用于治疗青光眼的支架，或用于组织工程学的支架，甚至用于小血管吻合的支架。

3、这样的医疗设备应该能够达到非常小的尺寸，例如可以被内接在长度小于1厘米或直径小于5毫米的圆柱体管状元件中。

4、申请人已经观察到，尽管当前的三维模制技术限于制造直径不超过4-5毫米的圆柱体形状，但在生物医学领域中，大量生物相容性聚合物材料(聚乳酸(polylactic acid,pla)、聚乙醇酸(polyglycolic acid,pga)及其共聚物诸如聚乳酸-乙醇酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,plga)、聚己内酯(polycaprolactone,pcl)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,pva)、热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethanes,tpu)、聚酯型聚氨酯(polyester urethanes,peu)和聚碳酸亚丙酯(polypropylene carbonates,ppc))对于医疗设备(例如支架)的实施是有意义的。

5、申请人已经观察到，对于这种类型的设备，例如在医疗领域中，不是所有的材料都可以用当前的三维或3d(three dimensional)打印技术打印。特别地，通常使用熔化沉积建模(fused deposition modelling,fdm)技术打印热塑性聚合物，然而，该技术具有低打印分辨率的缺点。

6、当前的3d打印技术是直接技术，即基于材料的分层(增材制造)，这意味着无法创建复杂结构。

7、可以通过诸如立体光固化或连续数字光制造(continuous digital lightmanufacturing,cdlm)之类的三维打印技术打印一些热固性材料。

8、然而，申请人已经观察到，由于热固性树脂固化通常需要非常高的能量密度，很少有热固性材料可以用这些技术来打印。

9、申请人因此已解决了对具有复杂几何形状的高分辨率医疗设备实施三维打印方法的问题。

10、申请人还已解决了对具有复杂几何形状的高分辨率、优选为医疗设备实施三维打印方法的问题，具有复杂几何形状的设备可以使用与现有技术中使用的热塑性或热固性材料不同的材料。

技术实现思路

1、因此，在第一方面，本发明涉及具有复杂几何形状的高分辨率、优选为医疗设备的三维打印方法，包括以下步骤：

2、-通过使用三维打印机以三维打印方法打印模型；所述模型完全再现要制造的医疗设备；

3、-所述模型由第一水溶性聚合物或水溶液打印；

4、-利用不溶于能够溶解所述第一可溶性聚合物的溶液的材料层覆盖所述模型；所述覆盖步骤制造固体模具的外壳，所述外壳具有包括空间隙斑点的表面；

5、-通过所述空间隙斑点将一定量的水或水溶液渗透到所述固体模具中，从而溶解所述模型并使模具腔不再现所述模型；

6、–通过所述模具的外壁将第二液体聚合物渗透到模具腔中；所述材料的熔化温度大于所述第二液体聚合物的熔化温度和/或所述材料的希尔德布兰德溶解度参数相对于所述第二液体聚合物的希尔德布兰德溶解度参数的差异大于或等于2cal1/2cm-3/2；通过将液体聚合物沉积到所述模具的外壁上来进行所述渗透到模具腔中的步骤；

7、-通过释放在所述第二聚合物中获得和产生的产物来移除模具。

8、在本发明的上下文中，“第二液体聚合物”可以被理解为溶液中的热塑性聚合物、高于其熔化温度tm的热塑性聚合物或热固性预聚物。

9、在上述方面，本发明可以具有以下描述的优选特性中的至少一个。

10、优选地，利用选自热塑性塑料或热固性塑料的水溶性聚合物打印模型。

11、有利地，第一可溶性聚合物包括聚乙烯醇、二甲基丙烯酰胺(dimethylacrylamide,dma)、甲基丙烯酸(methacrylic acid,ma)及其酯、甲基丙烯酸酐(methacrylic anhydride,maa)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,pvp)、琥珀酸(succinic acid,saa)及其酯或它们的组合中的至少一种。

12、优选地，模型被最大厚度为2厘米的材料层完全覆盖。

13、优选地，覆盖材料的熔化温度大于所述第二聚合物或所述预聚物混合物的熔化温度。

14、方便地，所述覆盖材料选自蜡、硅基弹性体或全氟聚醚。

15、有利地，第二聚合物或预聚物混合物是生物相容性形状记忆聚合物。

16、优选地，第二生物相容性形状记忆聚合物选自单向生物相容性形状记忆聚合物或双向生物相容性形状记忆聚合物。

17、优选地，第二生物相容性形状记忆聚合物是诺兰光学粘合剂63(norland opticaladhesive 63)。

18、方便地，在通过模具的外壁将第二液体聚合物渗透到模具腔中的步骤中，通过毛细作用进行渗透。

19、优选地，在通过模具的外壁将第二液体聚合物渗透到模具腔中的步骤中，模具和沉积在其上的第二液体聚合物经受真空源的作用，该真空源在模具腔内产生真空。

20、方便地，在通过模具的外壁将第二液体聚合物渗透到模具腔中的步骤中，通过将第二液体聚合物注入到模具腔内来进行渗透。

21、优选地，在移除模具的步骤中，将模具浸入有机溶剂中以使模具被溶解。

22、替代地，在移除模具的步骤中，机械地移除模具。

23、替代地，在移除模具的步骤中，所述模具经受热源产生的热量以使模具熔化。

24、在根据本发明的方法的一些优选但非排他性实施例的详细描述中，本发明的进一步特性和优点将变得更清楚。

技术特征：

1.一种具有复杂几何形状的高分辨率、优选为医疗设备(10)的打印方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，利用选自热塑性塑料或热固性塑料的可溶性聚合物(2)打印所述模型(1)。

3.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述第一可溶性聚合物(2)包括聚乙烯醇、二甲基丙烯酰胺dma、甲基丙烯酸ma及其酯、甲基丙烯酸酐maa、聚乙烯吡咯烷酮pvp、琥珀酸saa及其酯或它们的组合中的一个。

4.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述模型(1)被最大厚度为2厘米的所述材料(3)层完全覆盖。

5.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述材料(3)的熔化温度大于所述第二液体聚合物(5)的熔化温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的打印方法，其特征在于，所述材料(3)选自蜡、硅基弹性体或全氟聚醚。

7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的打印方法，其特征在于，所述第二液体聚合物(5)是生物相容性形状记忆聚合物。

8.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于，所述第二生物相容性形状记忆聚合物选自单向生物相容性形状记忆聚合物或双向生物相容性形状记忆聚合物。

9.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于，所述第二生物相容性形状记忆聚合物是诺兰光学粘合剂63。

10.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，在通过所述模具(7)的外壁将第二液体聚合物(5)渗透到模具腔(8)中的步骤中，通过毛细作用进行渗透。

11.根据前述权利要求1至10中任一项所述的打印方法，其特征在于，在通过所述模具(7)的外壁将第二液体聚合物(5)渗透到模具腔(8)中的步骤中，所述模具(7)和沉积在其上的所述第二液体聚合物(5)经受真空源的作用，所述真空源在所述模具腔(8)内产生真空。

12.根据权利要求13所述的打印方法，其特征在于，在通过所述模具(7)的外壁将第二液体聚合物(5)渗透到模具腔(8)中的步骤中，通过将所述第二液体聚合物(5)注入所述模具腔(8)内来进行渗透。

13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的打印方法，其特征在于，在移除所述模具(7)的步骤中，将所述模具(7)浸入有机溶剂中以使所述模具(7)被溶解。

14.根据前述权利要求1至12中任一项所述的打印方法，其特征在于，在移除所述模具(7)的步骤中，机械地移除所述模具(7)。

15.根据前述权利要求1至12中任一项所述的打印方法，其特征在于，在移除所述模具(7)的步骤中，所述模具(7)经受热源产生的热量。

技术总结
描述了具有复杂几何形状的高分辨率、优选为医疗设备的打印方法，包括以下步骤：‑通过使用三维打印机利用三维打印方法打印模型(1)；所述模型(1)完全再现要制造的医疗设备(10)；‑所述模型(1)由第一水溶性聚合物(2)或水溶液打印；‑利用不溶于能够溶解第一可溶性聚合物(2)的溶液的材料(3)层覆盖所述模型(1)；所述覆盖步骤制造固体模具(7)的外壳，外壳具有包括空间隙斑点的表面；‑通过所述空间隙斑点将一定量的水或水溶液渗透到所述固体模具中以便溶解所述模型(1)并使模具腔(8)不再现所述模型(1)；‑将第二液体聚合物(5)通过所述模具的外壁渗透到模具腔(8)中；所述材料(3)的熔化温度大于所述第二液体聚合物(5)的熔化温度和/或所述材料(3)的希尔德布兰德溶解度参数相对于所述第二液体聚合物(5)的希尔德布兰德溶解度参数的差异大于或等于2cal<supgt;1/2</supgt;cm<supgt;‑3/2</supgt;；通过在所述模具(7)的外壁上沉积液体聚合物(5)来进行所述渗透到模具腔(8)中的步骤；‑通过释放在所述第二聚合物(5)中获得和产生的产物来移除所述模具。

技术研发人员：卡梅拉·德马科
受保护的技术使用者：4设备医疗集团
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12