Design of resin-powder kneaded biodegradable filaments for 3D printing

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K15803
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 平田 伊佐雄 広島大学, 医歯薬保健学研究科(歯), 助教 (40346507)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 三次元印刷 / 生体材料学 / 複合材料・物性 / 歯科材料学 / 生分解性材料

Outline of Annual Research Achievements

装置の廉価化・普及化に伴い、熱融解積層(Fused Deposition Modeling; FDM)方式の3Dプリンタを用いた、硬組織再建用スカフォールド作製の研究が急速に進んでいる。しかしながら、その造形材であるフィラメントはPLA(ポリ乳酸), PCL（ポリカプトラクトン）など単一組成の生分解性樹脂しか用いられておらず、造形用フィラメント自体の開発研究は少ない。
本研究は、スカフォールドの機械的特性・骨伝導能・細胞接着性・生体内分解性などの特性を制御・調整が可能な造形用フィラメントの開発を目的として、複数の材料を混ぜ込んだ混練フィラメントの開発を行う。平成２８年度では、フィラメント作製のために導入した一軸押出装置の低い押出トルクと低いフレーム強度により、粉体混合率の高いPLA材料など、高い射出圧が必要なフィラメントを成形することができなかった。
平成２９年度では、一軸押出機の高トルクモーター交換・押出機の制御ソフト修正・強化フレーム取付等の装置改造を行った。改良した一軸押出装置を用いて塩化ナトリウム(粒子サイズ:45-90um)を混合したPLAフィラメントの作製が安定して行えるようになった。また、この塩化ナトリウム混合PLAフィラメントは、FDM方式の3Dプリンタの印刷用素材として使用できることが確認された。また、このフィラメントで作製した３次元造形体は、水などの溶媒で構造体内の塩化ナトリウムをある程度除去でき、X線uCTの結果からも造形体内に塩化ナトリウム粒子抜けてできた孔が多数存在することが示された。
NaCl混合PLAフィラメントは、NaCl混合量により3次元造形体の空隙率を制御でき、この空隙により造形体の機械的性質・骨伝導能・細胞接着性・生体内分解性などの特性を制御・調整できることが期待できる。