壳聚糖凝胶3D打印机系统设计与关键技术研究

发布时间：2022-06-02 20:10

　　壳聚糖作为天然可降解的环境友好型材料在我国海洋资源中储量丰富,因具有良好的生物相容性,其2D结构凝胶已被广泛应用于生物医学等诸多领域。然而通过传统模具技术制造的壳聚糖3D结构凝胶因受自身材料特性的影响,在成形过程中难以对空间结构进行控制,且无法满足市场日益小批量和个性化的定制需求。若能将壳聚糖3D结构凝胶制造与凝胶3D打印技术相结合,便可尝试利用增材制造技术的相关优点解决该问题,但目前国内外相关研究较少。由此确定了本文的研究方向,即致力于寻求一种适合壳聚糖凝胶3D打印的成形原理,并以此为基础对其凝胶打印成形设备进行研制。同时对壳聚糖凝胶打印成形工艺及其墨水制备等关键技术进行研究,使壳聚糖凝胶打印成为可能。本文主要工作内容为:采用理论分析和试验相结合的方式对壳聚糖凝胶打印成形机理与可行性进行研究,同时根据其成形特点对挤出方案进行优化,并以此为基础对壳聚糖凝胶打印系统进行功能需求分析和总体设计。基于整机总体设计,对组成壳聚糖凝胶打印机机械系统的雾化、供液、行走和成形功能等主要模块进行结构设计,同时对其中关键零部件进行分析与校核,并以此为基础对整机进行研制,完成成形样机的虚拟装配与搭建。基于... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 壳聚糖材料及其在应用中存在的问题
        1.1.2 生物凝胶3D打印技术概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 生物凝胶3D打印成型工艺原理研究现状
        1.2.2 生物凝胶3D打印设备研究现状
        1.2.3 生物凝胶3D打印技术及材料的应用现状
        1.2.4 壳聚糖凝胶3D打印研究现状
        1.2.5 研究现状分析与总结
    1.3 研究目的与意义
    1.4 研究主要内容
2 壳聚糖凝胶3D打印成形机理与系统总体设计
    2.1 壳聚糖凝胶打印机理研究
        2.1.1 壳聚糖凝胶化转变机理
        2.1.2 壳聚糖凝胶打印可行性试验
        2.1.3 壳聚糖凝胶打印成形特点
    2.2 壳聚糖凝胶打印挤出方案选取与优化
        2.2.1 挤出方案特性对比分析
        2.2.2 挤出方案优化
    2.3 壳聚糖凝胶3D打印机总体设计
        2.3.1 整机工作流程
        2.3.2 整机系统需求分析与组成
        2.3.3 机械系统总体设计
        2.3.4 控制系统总体设计
        2.3.5 软件系统
    2.4 本章小结
3 壳聚糖凝胶3D打印机机械系统研制
    3.1 成形功能模块设计
        3.1.1 成形室
        3.1.2 打印喷头
    3.2 雾化模块设计
    3.3 供液模块设计
        3.3.1 供液回路设计
        3.3.2 回路压力损失分析与主要元件设计
        3.3.3 电机选型
        3.3.4 螺旋传动设计
    3.4 行走模块设计
    3.5 整机虚拟装配与实物搭建
    3.6 本章小结
4 壳聚糖凝胶3D打印机控制系统设计与实现
    4.1 硬件设计与搭建
        4.1.1 主控制板选取
        4.1.2 电机驱动模块设计
        4.1.3 人机交互模块设计
        4.1.4 其它元器件选取与硬件平台搭建
    4.2 软件实现
    4.3 壳聚糖凝胶打印测试试验
    4.4 本章小结
5 壳聚糖凝胶打印墨水制备与工艺实验研究
    5.1 实验原料与仪器
    5.2 壳聚糖凝胶打印墨水制备工艺研究
        5.2.1 壳聚糖打印墨水组分选取分析
        5.2.2 壳聚糖打印墨水制备工艺
        5.2.3 组分配比对打印墨水溶液性能的影响
    5.3 壳聚糖凝胶打印实验
        5.3.1 实验成形样机与打印墨水介绍
        5.3.2 工艺参数对凝胶打印的影响
        5.3.3 力学性能测试
        5.3.4 壳聚糖凝胶打印实例
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多喷头生物3D打印系统的管腔型结构构建[J]. 王强,郑雄飞,王赫然,慕丽.  机械设计与制造. 2019(11)
[2]光固化3D打印软组织材料的性能研究进展[J]. 许克惠,李娇娇,李香玉,陈佳龙.  中国生物医学工程学报. 2019(05)
[3]壳聚糖交联改性及其衍生物的研究进展[J]. 朱金禹,毕华,张雪峰,闫美宏,樊晓霞.  延安大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]3D打印技术在临床医学中的应用[J]. 王倩,张思,张珂,李林倩,张海松,高燕.  解放军医药杂志. 2019(08)
[5]4D生物打印技术的研究进展[J]. 白凯淞,陈光华,由长城,闫景龙.  医学综述. 2019(16)
[6]3D打印发展现状分析及展望[J]. 陈为平,林有希,黄捷,王文栋,张丽娇.  工具技术. 2019(08)
[7]3D生物打印在组织工程中的应用[J]. 左进富,孙淼,韩宁宁,刘方军.  组织工程与重建外科杂志. 2019(03)
[8]羟烷基壳聚糖制备及应用研究进展[J]. 郭伟,蔡照胜,许琦.  化学通报. 2019(04)
[9]生物可降解血管支架四轴联动3D打印技术研究[J]. 孙建兴,郭纯方,赵丹阳.  机械设计与制造. 2019(04)
[10]海洋源壳聚糖与海藻酸盐在生物医药领域的应用[J]. 张婕妤,胡雪丰,李高参,巨晓洁,褚良银,王云兵.  生物医学工程学杂志. 2019(01)

博士论文
[1]挤压式生物3D打印机初建与仿生细胞分布组织工程软骨体外初步验证[D]. 任翔.第三军医大学 2016

硕士论文
[1]多孔人工喉软骨壳聚糖及细胞组装支架研究[D]. 周陶.杭州电子科技大学 2016



本文编号：3653011