复合PCL牙周骨支架MC建模及3D打印控制系统设计

发布时间：2020-07-25 14:29

【摘要】：针对牙周炎等疾病,在人体内植入牙周骨支架是一种有效的治疗方式。近年来,国内外对牙周骨支架的研究主要涉及建模、材料和成型工艺等方面。其中,支架的三维建模和成型工艺一直是制约牙周骨支架发展的重要因素。本课题旨在研究牙周骨支架三维建模及其三维成型技术,为牙周骨支架的制备提供一种新的思路。本文具体内容如下:1.提出优化型Marching Cube(MC)牙周骨支架三维建模算法。首先分析了传统型MC建模算法与平行轮廓线建模算法在牙周骨支架建模中的优势与不足,再结合牙周骨组织自身特征,提出优化型MC牙周骨支架三维建模算法。优化型MC算法以Visual Studio为软件平台,以空间五面体为体元,利用中性点插值算法确定体元等值面端点坐标,实现骨组织三维建模。基于优化型MC算法构建的牙周骨支架具有较好的精度,可为牙周骨支架实体的构建提供高精度三维模型。2.提出一种螺杆微挤压牙周骨支架成型工艺。以骨支架材料聚已内酯(PCL)为研究对象,设计一种可对原料腔体进行恒温加热、锥形螺杆作为挤出动力的成型设备。该设备由机械系统和控制系统组成,可为牙周骨支架的构建提供实验平台。3.研究系统参量和误差对牙周骨支架成型质量的影响。系统参量主要包括:喷头口径、挤出量、打印速度。实验数据表明:喷头口径的减小将会提高支架打印质量;在材料有效堆积的前提下,材料挤出量的减少将会减小支架几何尺寸的误差;牙周骨支架外轮廓为锥形,采用减速打印方式有利于支架成型。对系统参量进行基础性研究有利于高质量支架成型参数的确定。4.分析牙周骨支架生物性能和力学性能。在生物性能方面,PCL混合不同的比例的磷酸三钙(TCP)、无定型磷酸钙(ACP)材料可改善PCL材料的降解特性,实验数据表明PCL:TCP=8:2复合材料降解特性与牙周骨组织再生速率相匹配,该材料可用于牙周骨支架构建。在力学方面,支架填充率决定支架孔隙大小和弹性模量,实验数据表明支架填充率应控制在40%～70%之间。本文实现了牙周骨支架的初步构建。对牙周骨支架建模技术和制备工艺进行基础性研究可为临床型牙周骨支架的制备提供重要的理论依据和实验意义。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R781.42;R318
【图文】：

图１．１微挤压三维成型工艺逡逑微挤压成型工艺分类主要基于动力源，根据动力源微挤压成型工艺主要分为逡逑气动挤出、活塞挤出以及螺杆挤出，如图１．１所示［１６］。气动挤出工艺主要使用逡逑外接的稳压气源作为挤出动力，气体直接作用于成型材料。活塞挤出工艺使用活逡逑塞作为动力源与成型材料之间的媒介，活塞推动材料均匀挤出。螺杆挤出工艺使逡逑用螺杆作为挤出动力源，通过控制阀值与螺杆的旋转速度控制材料挤出成型。在逡逑成型材料方面，微挤压成型工艺可输出较大范围的挤出力，因此，微挤压成型工逡逑艺广泛地用于流动性较差的胶状材料，如海藻酸钠、明胶等生物材料；微挤压挤逡逑出动力较为温和，在一定程度上也可实现含有细胞的生物材料的三维实体构建。逡逑目前，微挤压成型工艺是高分子材料成型中的主流成型方式。逡逑聚已内酯（ＰＣＬ）是牙周骨支架的主体材料

面绘制方式首先在三维数据场中构建出中间几何图元（三角形面片、四边形逡逑面片等），再由中间几何图元拼接出物体表面［３７］。面绘制技术主要包括行进立方逡逑体ＭＣ邋（Ｍａｒｃｈｉｎｇ邋Ｃｕｂｅ）算法和平行轮廓线算法，如图１．２所示。体绘制建模技逡逑术与表面绘制技术优缺点如表１．１所示。逡逑ｍｍｍｍ邋／ａＡ／＼＇＼逡逑（ａ）邋Ｍａｒｃｈｉｎｇ邋Ｃｕｂｅ算法逦（ｂ）平行轮廓线算法逡逑图１．２面建模技术逡逑７逡逑

据层中各取四个像素点构建立方体体元并在体元内构建等值面，利用等值面的拼逡逑接实现组织器官三维模型的构建［４１］。逡逑空间体元如图２．１所示。在三维离散像素数据场中，ＭＣ算法提取相邻层（Ｎ逡逑层、Ｎ＋１层）八个离散像素点构建立方体，该立方体即是ＭＣ算法三维建模所需逡逑的空间体元。逡逑／Ｉ逦／Ｉ逦／Ｉ逦＾逦／Ｉ逦／ｕ＋？逡逑像素点邋丨逦ｉ逦ｉ逦丨丨逦ｉ逡逑Ａ逦…

本文编号：2769949