中南大学课程论文
3D打印在生物医学的应用
学位类别： 学 士 学科专业： 交通运输工程 年 级： 2012 大 学 生： 熊昱麟 学 号： 06
指导老师： 罗意平
2015年10月15日
第一章 三维打印简介
三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由运算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成
型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等。
生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteinsand bio-molecules）及生物材料（biomaterials）为大体成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D 打印技术研究的最前沿领域，也是3D 打印技术中最具活力和进展前景的方向。【1】
3D打印有一系列的技术特点：第一，数字化制造。它是零件的数字模型，来直接驱动材料的制造进程的。数字模型决定了最后加工出来的零件是什么样的形态，制造进程中去掉了很多人为因素（包括工具因素），因此它能够快速地、高效地、精准地再现计算里面设计的三维模型。另外，由于堆积制造里所有的材料都是在运算机数据的操纵下点点堆积起来的，因此它是一个受控的进程。因此在堆积的进程中，能够操纵零件内部各个位置的材料和它的微结构。 第二确实是直接制造。直接制造确实是把材料的制配进程和成型进程一体化。有些材料在合成完了以后，加工性能变得很差。把材料制备和加工成形进程复合在一路，解决了一些难加工材料的从头制造的问题。
最后是快速制造。要紧体此刻它的工艺流程上。跟传统加工方式相较，3D打印省掉了预备原材料、预备鋳件、预备开还、预备制坯、预备加工机床等一系列制造前程序，大大缩短了加工流程。用传统的方式加工零件， 从设计到完工， 要耗时至少好几个月；而此刻用3D打印的方式，慢则几天，快则几个小时。【5】
应用实例
【图】
美国康奈尔大学研究人员利用牛耳细胞打印出人造耳朵。在打印耳模时，借用了一种能够注入胶原蛋白和活细胞的凝胶，3 个月后观看发觉，3D 打印的耳膜和传统人造耳乃至与人耳几乎完全一致。Lee 等应用3D 打印技术制造出包括再生的软骨和脂肪组织的人工耳朵。其要紧部份是聚己内酯（PCL）和三维网络结构中长满细胞的水凝胶。脂肪基质干细胞在水凝胶中特定的区域别离分化成软骨细胞和脂肪细胞，从而形成耳形结构。【4】
3D生物打印确实是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助，应用CAD技术虚拟出组织或器官的三维结构，然后将这些三维实体模型数据分为片层模型数据，快速成型机依照这些数据，利用相应的材料，逐层创建出实体，每一个薄层都贴敷到前一个，直到完成整个实体的构建。因此，3D打印能够分为3个大体步骤：前加工即组织/器官模型文件的设计开发；组织/器官的打印；后处置即拥有生物活性和形态的组织/器官的加工成熟(即增殖)。比起其他组织工程学的体外构建技术，3D生物打印技术具有精度高、构建速度快、可按需制作，以知足个体化医学医治的需求、排异反映低等优势。
第二章 生物医学中三维打印的技术
随着医学影像技术的进展，人体组织的二维断层图像数据能够方便地获取以进行医学诊断和医治。可是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生能够凭体会由多幅二维图像去估量病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法依照这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D 打印技术的重要前驱步骤。【1】
打印材料分成了五个层次:第一个层次,材料没有生物相容性,不用放在躯体里,没有特殊的生物学需求；第二个层次, 材料有专门好的生物相容性,能够放在体内, 但它不降解；第三个层次,生物相容性超级好，同时还能够降解，被躯体消化排出体外，作用是帮忙组织再生；第四个层次，材料完满是有生命的、活性的；第五个层次，是把基因转到细胞打印进程里，如此就实现了在基因尺度上对细胞的生长进行了调控。【5】
【图】
3D打印在生物医学的应用
