骨软骨一体化再生支架3D打印复合成形的快速调压供料系统设计与实现

发布时间：2020-08-12 22:17

【摘要】：组织工程技术的发展为临床骨缺损修复提供了全新的方法和思路。骨软骨再生支架的一体化设计与制造是组织工程技术研究的难点。传统的支架制备工艺及装备技术存在局限性，目前制备的骨软骨支架无法满足临床应用要求。面向骨软骨一体化再生支架的3D打印复合成形技术将3D打印技术，静电纺丝技术，以及冷冻干燥技术相结合，通过在每两层由3D打印技术制备的宏观结构间喷射一层纳米纤维网，依此逐层叠加，构成三维多孔结构。为了满足支架的材料梯度及结构梯度要求，3D打印复合成形试验系统集成了多个供料装置，并且需要多个喷头能够被按需自由切换。 本文针对流动性较强的生物材料，尤其是水溶性生物材料和聚合物溶液，研究了一种快速调压供料方法，并对相应的供料装置的实现进行了具体阐述。本文构建的快速调压装置是3D打印复合成形系统的重要组成部分，试验表明其能够有效制备出骨软骨一体化再生支架中的软骨部分，并能保证支架中复合的纳米纤维网的成形质量。在此基础上，本文研究了变量管理子系统的构架及实现方法，实现了复合成形试验系统中多个子系统的统一管理与按需配合工作。本文具体取得了以下成果： 1）提出了一种快速调压供料方法，设计了基于空气压缩机和快速开关阀的快速调压供料装置，并给出了装置的具体实现。 2）针对提出的快速调压供料装置，结合成形材料的流动特性，利用流体动力学方程对材料挤出过程进行了数值模拟，获得了供料压力与供料速度之间的多组关系数据，为研究建立供料压力与供料速度间动态响应特性的数学分析模型奠定了基础。 3）基于上述成果，选取一阶时滞数学模型结构，运用最小二乘辨识方法进行了模型未知参数的辨识，获得了供料压力与供料速度间动态响应特征的数学分析模型。 4）提出了以实现供料速度按需可控为目的供料压力快速调控策略，并在此基础上结合支架成形路径确定供料压力调控时序，有效解决了支架成形过程中的过堆积、欠搭接、流涎等问题，为支架宏微观结构的成形质量提供了保障。 5）针对3D打印复合成形试验系统，设计了人机交互界面，实现了各个子系统控制变量的统一管理和在线调控，保证了一体化支架复合成形过程的顺利进行。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH16;R318.08
【图文】：

技术的原理如图 1.1 所示，该技术采用一定粘度收板之间施加高压电场作用，克服材料本身的粘。随着射流在高压电场中的运动拉伸和溶剂的挥成纳米级纤维丝沉积于接收板上[39]。

清华大学生物制造装备清华大学颜永年等人针对所用的成形材料设计开发了一款基于活塞挤出的

清华大学活塞挤压喷头结构简图

【参考文献】

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本文编号：2791093