面向3D生物打印的微压电喷射技术研究

发布时间：2017-05-11 04:02

  本文关键词：面向3D生物打印的微压电喷射技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维打印技术作为近几年来快速发展的一项新兴技术，利用其成型速度快，不需要模具等优势，在制造业等领域中已经得到了广泛的应用。另一方面，在现代生物组织工程技术中，对于细胞的体外组装技术及细胞制造技术也提出了更多新的要求，将细胞作为原料来进行三维打印已经成为了必然的发展趋势。本课题即在“千人计划”专项基金的支持下，对面向生物细胞的压电喷射技术进行研究，为生物细胞的三维打印技术提供技术支持。 首先在分析压电式喷墨打印机中的挤压式喷头结构的基础上，利用有限长度圆柱形管道中一维波传导模型，针对大黏度流体无法使用商用喷墨打印机直接喷射的问题，设计并制作了一种由压电陶瓷作为驱动器的喷射装置。同时提出了一种低成本的热拉伸方法来制作试验所用的喷头，并围依据压电喷头喷射试验的需要，选择了步进电机、直线轴承、电机控制板、信号发生器、高压放大器等装置搭建了三维喷射试验系统。 压电陶瓷环是喷射装置中直接影响到喷射的效果的动力输出元件，根据压电陶瓷材料径向振动模式的特点，基于梅森等效电路的思想建立了等效电路的网络模型，预测了压电换能器的工作频率，为试验时参数的选择提供了依据。 利用ANSYS有限元分析软件，用分步加载的方式产生梯形驱动信号，通过瞬态动力学分析，针对压电陶瓷环的不同尺寸、驱动信号的不同参数对装置中压电换能器驱动能力的影响进行了仿真分析，得出驱动器在最佳工作状态下所需的输入信号参数，为喷射试验所用参数提供了参考。 最后，根据前期研究工作的基础上，通过自己搭建的压电喷射试验平台，对不同黏度的液体进行喷射试验，验证了驱动信号的不同参数对产生稳定喷射现象的影响，并进行了二维打印试验，为细胞三维打印技术提了技术支持。
【关键词】：生物打印 压电喷射 三维打印 黏度 压电驱动
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究的目的和意义9-10
• 1.2 国外生物 3D 打印技术发展概述10-13
• 1.3 国内生物 3D 打印技术发展概述13
• 1.4 微压电喷射技术发展概述13-17
• 1.5 课题主要研究内容17-18
• 第2章 微压电喷射装置的系统构成及结构设计18-32
• 2.1 微压电喷射系统的构成18-19
• 2.2 微压电喷射装置的工作原理19-22
• 2.3 微压电喷头的整体结构设计22-26
• 2.4 压电陶瓷环的结构26
• 2.5 压电喷射装置末端喷嘴的加工方法26-29
• 2.6 微压电喷射试验系统的搭建29-30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 压电换能器驱动特性的仿真分析32-46
• 3.1 压电陶瓷及其径向振动模式32-34
• 3.1.1 压电陶瓷的主要性能参数32-34
• 3.1.2 压电陶瓷的振动模式34
• 3.2 压电换能器的模态分析34-36
• 3.3 等效电路网络模型的建立36-41
• 3.3.1 压电换能器的等效电路36-40
• 3.3.2 压电换能器等效网络模型的建立与求解40-41
• 3.4 压电换能器驱动能力的瞬态动力学分析41-44
• 3.4.1 频率对驱动能力的影响42
• 3.4.2 驱动电压对驱动能力的影响42-43
• 3.4.3 信号边沿对驱动能力的影响43-44
• 3.4.4 压电陶瓷环结构参数对驱动能力的影响44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 微压电喷射装置的试验研究46-53
• 4.1 装置的静态喷射试验46-50
• 4.1.1 黏度对喷射现象的影响46-48
• 4.1.2 保持时间对喷射现象的影响48-49
• 4.1.3 信号边沿对喷射现象的影响49-50
• 4.2 动态喷射试验50-52
• 4.2.1 三维喷射试验平台的搭建50-51
• 4.2.2 三维喷射试验51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：356174