基于熔融沉积成型工艺的骨科3D打印机研制
发布时间：2023-02-13 17:44
随着3D打印技术和数字医学技术的发展,医用3D打印已成为新型交叉研究领域的一个研究热点。目前,市面上熔融沉积成型(Fused Deposition Molding,FDM)工艺3D打印机成型精度不高、成型速度较慢、流涎/滴料严重、界面操作复杂,不宜直接在医疗领域应用。为此,本文自主研发一种基于FDM工艺的骨科专用3D打印机,实现高精度人骨模型、手术导板的个性化制作,以辅助医生完成骨科外科手术,从而为骨科临床手术精准化提供重要的技术支撑。第一,深入剖析了FDM工艺骨科3D打印机关键技术难点,结合骨科模型及其3D打印路径特点,确定了FDM工艺骨科3D打印机功能及其性能指标,并在此基础上制定了ZYX串联机构为主体结构、PC机+运动控制卡为核心的总体设计方案。第二,分别对机械、控制系统进行了详细设计。所设计的传动机构、送料机构等,能够有效缓解打印机振动、提高喷头的涂料均匀性;设计摆动机构,为解决非工作喷头流涎影响模型质量的问题奠定基础。另外,选择C#语言为软件开发工具,对打印轨迹四轴运动、温度控制、断堵料检测以及人机交互等功能模块进行了详细设计。第三,提出以轮廓误差作为误差评价标准,并对轮廓误...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究意义
1.3 3D打印技术及其在骨科领域应用现状
1.3.1 电子束熔融
1.3.2 选择性激光烧结与激光选区熔化
1.3.3 立体光固化
1.3.4 熔融沉积成型
1.4 FDM工艺3D打印机存在的主要问题
1.4.1 成型精度较低
1.4.2 成型效率低
1.4.3 流涎/滴料现象
1.4.4 人机交互性差
1.5 主要研究内容与文章结构安排
第二章 FDM工艺骨科3D打印机系统方案
2.1 骨科模型打印工艺分析
2.1.1 骨科模型特点
2.1.2 骨科模型打印难点
2.2 总体方案
2.2.1 主要设计指标
2.2.2 总体结构
2.3 机械系统详细设计
2.3.1 空间运动机构
2.3.2 挤料机构
2.3.3 摆动机构
2.4 控制系统硬件设计
2.4.1 主控器
2.4.2 运动控制模块
2.4.3 温度控制模块
2.4.4 断堵料检测模块
2.5 本章小结
第三章 FDM工艺骨科3D打印机控制系统软件设计
3.1 主要功能和技术特点
3.2 控制系统软件方案
3.3 逻辑控制层软件设计
3.3.1 打印控制模块
3.3.2 温度控制模块
3.3.3 状态监测与出错处理模块
3.4 人机交互界面设计
3.4.1 软件设计思想及原则
3.4.2 功能分析及逻辑结构
3.4.3 界面布局
3.5 控制系统软件实现
3.5.1 逻辑层与控制层实现
3.5.2 接口实现
3.5.3 交互界面实现
3.5.4 消息处理机制实现
3.6 本章小结
第四章 关键结构误差分析
4.1 XY传动机构误差评价标准
4.2 轮廓误差估计方法修正
4.3 XY传动机构动态误差分析
4.3.1 XY传动机构动力学模型
4.3.2 误差传递函数
4.3.3 XY传动机构仿真模型
4.3.4 算例分析
4.4 基于Ansys双喷头结构误差分析
4.4.1 双喷头结构热力耦合分析
4.4.2 仿真模型及算例分析
4.5 本章小结
第五章 成型质量控制策略
5.1 XY传动机构误差及其补偿策略
5.1.1 误差影响因素分析
5.1.2 误差补偿控制策略
5.1.3 误差补偿控制系统设计
5.1.4 误差补偿控制策略仿真分析
5.2 双喷头结构参数确定
5.3 流涎/滴料控制策略
5.4 样机实验
5.4.1 XY传动机构误差补偿实验
5.4.2 流涎实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
本文编号：3742022
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究意义
1.3 3D打印技术及其在骨科领域应用现状
1.3.1 电子束熔融
1.3.2 选择性激光烧结与激光选区熔化
1.3.3 立体光固化
1.3.4 熔融沉积成型
1.4 FDM工艺3D打印机存在的主要问题
1.4.1 成型精度较低
1.4.2 成型效率低
1.4.3 流涎/滴料现象
1.4.4 人机交互性差
1.5 主要研究内容与文章结构安排
第二章 FDM工艺骨科3D打印机系统方案
2.1 骨科模型打印工艺分析
2.1.1 骨科模型特点
2.1.2 骨科模型打印难点
2.2 总体方案
2.2.1 主要设计指标
2.2.2 总体结构
2.3 机械系统详细设计
2.3.1 空间运动机构
2.3.2 挤料机构
2.3.3 摆动机构
2.4 控制系统硬件设计
2.4.1 主控器
2.4.2 运动控制模块
2.4.3 温度控制模块
2.4.4 断堵料检测模块
2.5 本章小结
第三章 FDM工艺骨科3D打印机控制系统软件设计
3.1 主要功能和技术特点
3.2 控制系统软件方案
3.3 逻辑控制层软件设计
3.3.1 打印控制模块
3.3.2 温度控制模块
3.3.3 状态监测与出错处理模块
3.4 人机交互界面设计
3.4.1 软件设计思想及原则
3.4.2 功能分析及逻辑结构
3.4.3 界面布局
3.5 控制系统软件实现
3.5.1 逻辑层与控制层实现
3.5.2 接口实现
3.5.3 交互界面实现
3.5.4 消息处理机制实现
3.6 本章小结
第四章 关键结构误差分析
4.1 XY传动机构误差评价标准
4.2 轮廓误差估计方法修正
4.3 XY传动机构动态误差分析
4.3.1 XY传动机构动力学模型
4.3.2 误差传递函数
4.3.3 XY传动机构仿真模型
4.3.4 算例分析
4.4 基于Ansys双喷头结构误差分析
4.4.1 双喷头结构热力耦合分析
4.4.2 仿真模型及算例分析
4.5 本章小结
第五章 成型质量控制策略
5.1 XY传动机构误差及其补偿策略
5.1.1 误差影响因素分析
5.1.2 误差补偿控制策略
5.1.3 误差补偿控制系统设计
5.1.4 误差补偿控制策略仿真分析
5.2 双喷头结构参数确定
5.3 流涎/滴料控制策略
5.4 样机实验
5.4.1 XY传动机构误差补偿实验
5.4.2 流涎实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要工作与创新点
6.2 后续研究工作
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
本文编号：3742022
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3742022.html
