颗粒式进料生物3D打印的线宽检测与控制研究

发布时间：2017-04-09 05:18

  本文关键词：颗粒式进料生物3D打印的线宽检测与控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：组织工程和生物制造技术的发展为人类修复自身受损组织提供了一种新的潜在方法。将生物支架制作成目标器官或组织的形状，并通过组织工程技术在支架上进行细胞培养，形成目标组织。生物支架的形状结构复杂，普通的制做方法很难实现支架的功能性。而快速成形技术的崛起则很好的解决了这个问题。 快速成形技术中的熔融沉积技术为制备生物支架方面带来了极大的便利性。对支架进行三维建模，利用高分子生物材料作为制备支架的原材料，根据支架的用途和材料的属性，在高温或者低温的条件下进行支架的制作，使获得的支架拥有最佳的生物构造。 目前熔融沉积快速成形技术的进料方式主要为丝进式。这种进料方式需要将原材料进行二次加工，变成粗细均匀的丝状，不仅效率不高，，而且在加工过程中造成材料浪费。为了充分利用不同形状的材料，在丝进喷头的基础上，本课题组联合清华大学开发了颗粒式进料喷头的熔融沉积原型实验机。本文在原型机的基础上继续进行研究。通过对喷头机构中送料装置和进料装置的实验改进，增强了颗粒进料稳定性，间接提高了模型的成型速度。另外，在对工作台的运动原理进行分析后，得出了当前熔融沉积技术精度不高几个原因，并通过喷头移动速度和台面丝宽的测量实验来进行验证。喷头出丝速度无法随着喷头扫描速度的改变而改变，是影响台面丝宽在不同情况下精度不同的重要因素，甚至会破坏支架的成型。因此，对立体三轴机械结构充分研究后，本文提出了一种通过检测喷头扫描速度进而实时改变喷头挤出速度的智能控制方法，在出丝过程中形成了一种半闭环的控制。利用光电编码器对喷头扫描速度的动力丝杠进行速度测量，将测量后的信号传输给单片机进行信号处理，决定是否需要向控制挤出速度的步进电机驱动器输出变速信号。在对实验机改造后，获得了良好的初步成果。经过实验挤出速度实现了实时变速，轮廓曲线部分的丝宽更加接近于内部填充材料的丝宽，也可以理解为不同路径下的线宽差变小。
【关键词】：生物支架 熔融沉积 颗粒进料 扫描速度 挤出速度 喷头运动原理
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318;TP391.73
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外生物支架的研究10-11
• 1.3 快速成形技术11-16
• 1.3.1 快速成形技术背景11-14
• 1.3.2 快速成形技术原理14-16
• 1.3.3 快速成形技术的应用16
• 1.4 论文的研究背景和内容16
• 1.4.1 研究背景16
• 1.4.2 论文的主要研究内容16
• 1.5 本章小结16-18
• 第2章 熔融沉积成形技术18-24
• 2.1 FDM 在生物支架制备中的重要性18
• 2.2 熔融沉积基本工作状况18-19
• 2.3 FDM 成形精度影响分析19-23
• 2.3.1 模型设计及分层处理过程中的精度误差20-22
• 2.3.2 FDM 比较常用的扫描路径方式22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 熔融沉积执行机构分析与改进实验24-43
• 3.1 喷头结构25-34
• 3.1.1 送料勺的分析及改进实验26-32
• 3.1.2 进料槽的改进实验32-34
• 3.2 喷头运动过程中的误差分析34-41
• 3.2.1 运动控制系统的运行分析35-36
• 3.2.2 伺服电机的运行分析36-41
• 3.3 丝宽误差原因分析41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 步进电机速度与线宽关系实验43-50
• 4.1 螺杆挤出喷头特性分析43-47
• 4.2 巴拉斯效应47-48
• 4.3 不同挤出电机工作频率下轮廓线宽的直径48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 基于光电编码器的工作台反馈控制方案50-63
• 5.1 开环与闭环反馈控制系统50-53
• 5.2 硬件组成部分53-57
• 5.2.1 光电编码器的选择53-55
• 5.2.2 联轴器的选择55-56
• 5.2.3 单片机的选择56-57
• 5.3 软件设计部分57-60
• 5.3.1 程序流程图57-58
• 5.3.2 编译工具58-60
• 5.3.3 代码实现60
• 5.4 实验结果60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-64
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录69-74
• 程序代码69-74
• 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘斌;谢毅;;熔融沉积快速成型系统喷头应用现状分析[J];工程塑料应用;2008年12期

2 刘斌;吴明星;谢毅;;熔融挤压快速成型系统的喷头结构分析[J];工程塑料应用;2009年05期

3 颜永年 ,张人佶;加速发展我国的快速成形技术[J];电加工与模具;2002年05期

4 郑建平;程蓉;伍晓宇;赵航;;基于SLS原理的快速成形机研制[J];工具技术;2009年10期

5 史廷春,张人佶,颜永年,卢清萍;快速成形外耳软骨支架[J];机械科学与技术;2003年03期

6 平雪良;高同军;孟凡虹;;一种提高快速成形系统精度的新切片算法[J];机械科学与技术;2008年09期

7 刘光富,李爱平;熔融沉积快速成形机的螺旋挤压机构设计[J];机械设计;2003年09期

8 刘飞;挤出成型模中口模的设计[J];模具技术;2003年03期

9 张永;周天瑞;徐春晖;;熔融沉积快速成型工艺成型精度的影响因素及对策[J];南昌大学学报(工科版);2007年03期

10 刘冠权,程俊廷,刘帅军;快速成形技术的发展与应用[J];煤矿机械;2002年12期

  本文关键词：颗粒式进料生物3D打印的线宽检测与控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：294544