骨軟骨一體化再生支架3D打印復(fù)合成形的快速調(diào)壓供料系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布時間：2020-08-12 22:17

【摘要】：組織工程技術(shù)的發(fā)展為臨床骨缺損修復(fù)提供了全新的方法和思路。骨軟骨再生支架的一體化設(shè)計與制造是組織工程技術(shù)研究的難點。傳統(tǒng)的支架制備工藝及裝備技術(shù)存在局限性，目前制備的骨軟骨支架無法滿足臨床應(yīng)用要求。面向骨軟骨一體化再生支架的3D打印復(fù)合成形技術(shù)將3D打印技術(shù)，靜電紡絲技術(shù)，以及冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合，通過在每兩層由3D打印技術(shù)制備的宏觀結(jié)構(gòu)間噴射一層納米纖維網(wǎng)，依此逐層疊加，構(gòu)成三維多孔結(jié)構(gòu)。為了滿足支架的材料梯度及結(jié)構(gòu)梯度要求，3D打印復(fù)合成形試驗系統(tǒng)集成了多個供料裝置，并且需要多個噴頭能夠被按需自由切換。本文針對流動性較強的生物材料，尤其是水溶性生物材料和聚合物溶液，研究了一種快速調(diào)壓供料方法，并對相應(yīng)的供料裝置的實現(xiàn)進(jìn)行了具體闡述。本文構(gòu)建的快速調(diào)壓裝置是3D打印復(fù)合成形系統(tǒng)的重要組成部分，試驗表明其能夠有效制備出骨軟骨一體化再生支架中的軟骨部分，并能保證支架中復(fù)合的納米纖維網(wǎng)的成形質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，本文研究了變量管理子系統(tǒng)的構(gòu)架及實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了復(fù)合成形試驗系統(tǒng)中多個子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理與按需配合工作。本文具體取得了以下成果： 1）提出了一種快速調(diào)壓供料方法，設(shè)計了基于空氣壓縮機和快速開關(guān)閥的快速調(diào)壓供料裝置，并給出了裝置的具體實現(xiàn)。 2）針對提出的快速調(diào)壓供料裝置，結(jié)合成形材料的流動特性，利用流體動力學(xué)方程對材料擠出過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了供料壓力與供料速度之間的多組關(guān)系數(shù)據(jù)，為研究建立供料壓力與供料速度間動態(tài)響應(yīng)特性的數(shù)學(xué)分析模型奠定了基礎(chǔ)。 3）基于上述成果，選取一階時滯數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)，運用最小二乘辨識方法進(jìn)行了模型未知參數(shù)的辨識，獲得了供料壓力與供料速度間動態(tài)響應(yīng)特征的數(shù)學(xué)分析模型。 4）提出了以實現(xiàn)供料速度按需可控為目的供料壓力快速調(diào)控策略，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合支架成形路徑確定供料壓力調(diào)控時序，有效解決了支架成形過程中的過堆積、欠搭接、流涎等問題，為支架宏微觀結(jié)構(gòu)的成形質(zhì)量提供了保障。 5）針對3D打印復(fù)合成形試驗系統(tǒng)，設(shè)計了人機交互界面，實現(xiàn)了各個子系統(tǒng)控制變量的統(tǒng)一管理和在線調(diào)控，保證了一體化支架復(fù)合成形過程的順利進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH16;R318.08
【圖文】：

示意圖,靜電紡絲,高壓電場,示意圖