面向生物材料3D打印的CAD/CAM系统研究与开发
发布时间：2021-10-19 20:08
随着现代工业与制造业的快速发展,3D打印技术在快速成型领域也得到了快速发展,并得到了广泛的应用。它标志着第三次工业革命的到来,并快速的出现在人们生活中。目前已成功应用在工业设计、汽车制造、航空航天、建筑、牙科等各个领域,最近许多科研人员对生物材料3D打印也开始了大量的研究,生物材料3D打印目前应用领域主要面向组织工程支架,多材料多结构复杂支架的制造将为后续的细胞打印、组织器官制造提供一定的理论基础。生物材料性能及其成型过程对组织工程支架乃至组织器官制造领域有着重要的影响。组织工程支架在组织工程学与再生医学领域发挥着至关重要的作用,它为细胞的生长提供了临时的细胞外基质环境。对水凝胶支架的空间三维组装,通过此实验对后续细胞打印、组织器官制造提供理论基础。本文采用了基于推杆挤出的低温沉积制造方式对生物水凝胶材料进行三维空间成型。首先根据水凝胶材料的凝胶特性对其进行三维空间挤出低温成型,然后通过钙离子交联方式对其成型支架进行后期处理。本文对水凝胶支架的成型工艺参数进行优化,打印过程中的平台扫描速度、材料的挤出速度、丝间距以及打印层高度的设置将会对支架的成型效果产生重要的影响,通过实验以及对打印...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 生物材料 3D打印方法介绍
1.3 生物材料 3D打印的发展及研究现状
1.3.1 国外生物 3D打印研究现状
1.3.2 国内生物 3D打印研究现状
1.4 课题来源及主要研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究内容
1.5 本章小结
第2章 平台搭建及CAD/CAM系统设计与实现
2.1 生物 3D打印系统概述
2.2 3D打印装置硬件系统搭建
2.2.1 三维运动平台子系统
2.2.2 运动控制子系统
2.2.3 3D打印装置硬件集成
2.2.4 PMAC-Clipper运动控制卡的底层参数设置
2.3 上位机控制界面的设计
2.3.1 打印工艺参数设定模块
2.3.2 程序操作模块
2.3.3 手动操作模块
2.3.4 状态显示模块
2.3.5 打印平台控制界面
2.4 本章小结
第3章 基于推杆挤出的水凝胶打印试验
3.1 推杆挤出式喷头
3.2 水凝胶材料性能测定
3.2.1 流变性能测试原理
3.2.2 明胶粘度特性的测定
3.2.3 海藻酸钠对明胶粘度特性影响
3.2.4 水凝胶溶液的制备
3.3 水凝胶溶液低温成型
3.3.1 水凝胶溶液三维成型过程中的温度场控制
3.3.2 水凝胶支架单喷头空间组装
3.3.3 多通道结构双喷头空间组装
3.4 细胞水凝胶共混的三维空间组装试验
3.5 挤出成型工艺的结果与讨论
3.5.1 支架成型的相关参数分析
3.5.2 成型参数对水凝胶支架成形质量的影响
3.5.3 解决成型过程中拐点堆积现象
3.6 本章小结
第4章 压电式喷头结构设计与仿真
4.1 压电膜片式微滴喷射原理分析
4.2 压电喷头机构设计
4.2.1 压电陶瓷片震动幅值测试
4.2.2 微液滴形成过程分析
4.2.3 驱动膜片几何参数设计
4.2.4 腔体结构参数设计
4.3 模型建立及仿真
4.3.1 仿真模型建立
4.3.2 仿真结果分析与研究
4.4 压电微液滴喷射试验
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL液压节流阀内部流场数值模拟研究[J]. 王海冰,王攀达,李文华,张子耀,李贝贝,刘秀梅. 液压与气动. 2015(08)
[2]3D打印技术的最新进展[J]. 杨小娟,余冬梅,张建斌. 金属世界. 2015(03)
[3]3D打印技术在骨科医疗器械的应用现状分析[J]. 董文兴,刘斌. 生物骨科材料与临床研究. 2014(04)
[4]基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究[J]. 李淑君,王惠泉,赵文玉,孟文俊,文豪. 机械工程与自动化. 2014(04)
[5]面向3D打印复合工艺的生物CAD/CAM系统及试验研究[J]. 刘媛媛,张付华,陈伟华,严飞飞,郑璐璐,胡庆夕. 机械工程学报. 2014(15)
[6]快速成型技术的发展现状及动态探析[J]. 魏廷菊. 科技致富向导. 2014(12)
[7]低温快速成型技术与骨组织工程支架制备[J]. 何美健,黄江鸿,段莉,李庆庆,王大平. 国际骨科学杂志. 2014(01)
[8]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[9]3D打印技术:快速成型[J]. 沈仙法. 三江高教. 2013(02)
[10]3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展[J]. 贺超良,汤朝晖,田华雨,陈学思. 高分子学报. 2013(06)
博士论文
[1]采用相转化法制备的可降解生物多孔3D和4D支架修复骨缺损[D]. 张宁.吉林大学 2015
[2]面向快速成型的设备控制、工艺优化及成型仿真研究[D]. 刘杰.华南理工大学 2012
[3]基于点的几何模型及其CAD/CAM应用研究[D]. 陈建良.浙江大学 2005
[4]人工关节CAD/CAM相关理论及其关键技术研究[D]. 陈作炳.武汉理工大学 2004
硕士论文
[1]3D打印驱动电路设计及文件切片算法研究[D]. 杨猛.北京印刷学院 2014
[2]压电式喷墨打印研究[D]. 沈旭峰.江南大学 2013
[3]异质材料零件的CAD建模理论与技术研究[D]. 李静波.南京师范大学 2013
[4]基于PMAC的工业机器人控制系统研究与实现[D]. 兰文宝.哈尔滨工程大学 2013
[5]高粘度压电微喷装置实验研究[D]. 郁朋.哈尔滨工业大学 2011
[6]基于PMAC的微细电火花成形加工数控系统的运动控制研究[D]. 刘华珍.上海交通大学 2011
[7]基于PMAC的微型铣床数控系统的研究[D]. 吕元哲.大连理工大学 2010
[8]基于PMAC的五轴电火花加工数控系统关键技术的研究[D]. 鲁玉兰.天津大学 2010
[9]新型生物可降解冠脉支架的研究[D]. 黄楚波.暨南大学 2009
[10]基于PMAC数普兼容式车床开放式数控系统的开发与研究[D]. 李彩芝.兰州理工大学 2007
本文编号：3445526
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 生物材料 3D打印方法介绍
1.3 生物材料 3D打印的发展及研究现状
1.3.1 国外生物 3D打印研究现状
1.3.2 国内生物 3D打印研究现状
1.4 课题来源及主要研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究内容
1.5 本章小结
第2章 平台搭建及CAD/CAM系统设计与实现
2.1 生物 3D打印系统概述
2.2 3D打印装置硬件系统搭建
2.2.1 三维运动平台子系统
2.2.2 运动控制子系统
2.2.3 3D打印装置硬件集成
2.2.4 PMAC-Clipper运动控制卡的底层参数设置
2.3 上位机控制界面的设计
2.3.1 打印工艺参数设定模块
2.3.2 程序操作模块
2.3.3 手动操作模块
2.3.4 状态显示模块
2.3.5 打印平台控制界面
2.4 本章小结
第3章 基于推杆挤出的水凝胶打印试验
3.1 推杆挤出式喷头
3.2 水凝胶材料性能测定
3.2.1 流变性能测试原理
3.2.2 明胶粘度特性的测定
3.2.3 海藻酸钠对明胶粘度特性影响
3.2.4 水凝胶溶液的制备
3.3 水凝胶溶液低温成型
3.3.1 水凝胶溶液三维成型过程中的温度场控制
3.3.2 水凝胶支架单喷头空间组装
3.3.3 多通道结构双喷头空间组装
3.4 细胞水凝胶共混的三维空间组装试验
3.5 挤出成型工艺的结果与讨论
3.5.1 支架成型的相关参数分析
3.5.2 成型参数对水凝胶支架成形质量的影响
3.5.3 解决成型过程中拐点堆积现象
3.6 本章小结
第4章 压电式喷头结构设计与仿真
4.1 压电膜片式微滴喷射原理分析
4.2 压电喷头机构设计
4.2.1 压电陶瓷片震动幅值测试
4.2.2 微液滴形成过程分析
4.2.3 驱动膜片几何参数设计
4.2.4 腔体结构参数设计
4.3 模型建立及仿真
4.3.1 仿真模型建立
4.3.2 仿真结果分析与研究
4.4 压电微液滴喷射试验
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL液压节流阀内部流场数值模拟研究[J]. 王海冰,王攀达,李文华,张子耀,李贝贝,刘秀梅. 液压与气动. 2015(08)
[2]3D打印技术的最新进展[J]. 杨小娟,余冬梅,张建斌. 金属世界. 2015(03)
[3]3D打印技术在骨科医疗器械的应用现状分析[J]. 董文兴,刘斌. 生物骨科材料与临床研究. 2014(04)
[4]基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究[J]. 李淑君,王惠泉,赵文玉,孟文俊,文豪. 机械工程与自动化. 2014(04)
[5]面向3D打印复合工艺的生物CAD/CAM系统及试验研究[J]. 刘媛媛,张付华,陈伟华,严飞飞,郑璐璐,胡庆夕. 机械工程学报. 2014(15)
[6]快速成型技术的发展现状及动态探析[J]. 魏廷菊. 科技致富向导. 2014(12)
[7]低温快速成型技术与骨组织工程支架制备[J]. 何美健,黄江鸿,段莉,李庆庆,王大平. 国际骨科学杂志. 2014(01)
[8]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[9]3D打印技术:快速成型[J]. 沈仙法. 三江高教. 2013(02)
[10]3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展[J]. 贺超良,汤朝晖,田华雨,陈学思. 高分子学报. 2013(06)
博士论文
[1]采用相转化法制备的可降解生物多孔3D和4D支架修复骨缺损[D]. 张宁.吉林大学 2015
[2]面向快速成型的设备控制、工艺优化及成型仿真研究[D]. 刘杰.华南理工大学 2012
[3]基于点的几何模型及其CAD/CAM应用研究[D]. 陈建良.浙江大学 2005
[4]人工关节CAD/CAM相关理论及其关键技术研究[D]. 陈作炳.武汉理工大学 2004
硕士论文
[1]3D打印驱动电路设计及文件切片算法研究[D]. 杨猛.北京印刷学院 2014
[2]压电式喷墨打印研究[D]. 沈旭峰.江南大学 2013
[3]异质材料零件的CAD建模理论与技术研究[D]. 李静波.南京师范大学 2013
[4]基于PMAC的工业机器人控制系统研究与实现[D]. 兰文宝.哈尔滨工程大学 2013
[5]高粘度压电微喷装置实验研究[D]. 郁朋.哈尔滨工业大学 2011
[6]基于PMAC的微细电火花成形加工数控系统的运动控制研究[D]. 刘华珍.上海交通大学 2011
[7]基于PMAC的微型铣床数控系统的研究[D]. 吕元哲.大连理工大学 2010
[8]基于PMAC的五轴电火花加工数控系统关键技术的研究[D]. 鲁玉兰.天津大学 2010
[9]新型生物可降解冠脉支架的研究[D]. 黄楚波.暨南大学 2009
[10]基于PMAC数普兼容式车床开放式数控系统的开发与研究[D]. 李彩芝.兰州理工大学 2007
本文编号：3445526
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