【摘要】：組織工程生物支架作為再生醫(yī)學最有前景的研究領域之一,是多學科、多領域的集成。采用快速成型技術制造組織工程支架可以實現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)設計與制備的集成。其中,基于數(shù)字微鏡(Digital Micro-mirrors Device,簡稱DMD)的面曝光光固化技術,被認作最具潛力的生物支架制備技術之一。常規(guī)的基于STL文件的切片方法在處理生物支架模型數(shù)據(jù)時,往往效率低下,產(chǎn)生一定的精度損失,甚至出現(xiàn)求解失敗的情況。另外,為平衡制造效率和制造精度之間的矛盾,國內(nèi)外研究者提出了厚度自適應切片技術,但一方面針對生物支架模型的厚度自適應切片算法的研究工作尚未充分展開。另一方面,基于數(shù)字微鏡(DMD)的面曝光快速成形系統(tǒng)數(shù)字掩膜生成方法也存在大量空白需要填補。針對上述缺陷或不足,本文主要開展了以下研究工作:(1)設計了一套針對生物支架三維模型的厚度自適應直接切片方法,并在Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下,基于MFC應用程序框架和SolidWorks2011 API函數(shù)庫,實現(xiàn)了這套算法,并最終以插件的形式植入SolidWorks2011。采用相關的測試模型對算法進行評估和驗證,證明該方法能夠滿足對生物支架三維模型進行切片生成數(shù)字掩膜的要求,所采用的厚度自適應準則參數(shù)比已報道的某些同類參數(shù),更加有效,更具針對性。(2)設計了一套參數(shù)化的數(shù)字掩膜直接生成方法,該方法突破了常規(guī)基于三維模型切片法的局限性,可以在不建立完整的生物支架模型,不對模型進行切片的情況下,直接對數(shù)字掩膜進行參數(shù)化編輯,生成特定支架的數(shù)字掩膜集合。采用相關的測試模型對算法進行了評估和驗證,證明該方法能夠適用于基于DMD的生物支架面曝光快速成形系統(tǒng)。相比于常規(guī)方法,該數(shù)字掩膜直接生成法在處理本文采用的測試模型時效率提高約33%。(3)在Microsoft Visual Studio2012開發(fā)環(huán)境下,基于MFC應用程序框架,開發(fā)了面曝光快速成形實驗平臺的上位機軟件,將前述的數(shù)字掩膜獲取方法應用于制造實踐,進一步驗證了其實用價值。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318
【圖文】：

1-1 兩種生物支架的結(jié)構(gòu)設計、模型數(shù)據(jù)處理、快速成形制造方法及其典型研究成于三維模型的切片技術研究進展統(tǒng)的快速成形領域，STL（stereo-lithography）文件接口標準已然成為通用遞格式，它采用一定數(shù)量的小三角形面片逼近三維實體表面。其精度可控面片的數(shù)量越多，三維逼近精度越高，文件越大。一般的設計過程是，先進行造型設計建模，以特定的格式標準（如 STEP）存儲所建立的三維模用數(shù)據(jù)處理算法對三維模型進行三角面片的逼近處理，選擇特定的精度，TL 格式，國外文獻中通常將三角面片化處理成為“Tessellation”，圖 1-2件的三維可視化效果。最后，由切片算法對 STL 文件進行切片處理，獲數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成快速成形設備可識別的格式。 文件簡單通用，分為二進制和 ASCII 文本格式兩種存儲形式。ASCII 文本式具有極好的可閱讀性，其結(jié)構(gòu)如下：

圖 1-2 三維模型三角面片逼近和弦誤差上述文件結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)，STL 文件的三角面片之間沒有存儲關聯(lián)的幾何角面片的存儲順序也是雜亂無章，需要依靠讀取算法來判斷和建立三角面拓撲關系[43, 44]。事實上，STL 文件本身具有很多的缺點和局限，即：（1）丟失帶來的“孔洞”；（2）法向量反向，不滿足右手定則；（3）截斷誤差”或“錯位”；（4）精度不足，文件過于冗雜而龐大，等等。因此，在應用必須采用專門的算法對上述缺陷進行修復，相關修復算法已經(jīng)得到充分得應用對象的幾何復雜度比較低（如曲率變化平緩，沒有跨尺度的幾何特征能夠滿足快速成形的需要，這也是它成為快速成形工業(yè)領域文件接口標準，當把 STL 文件用于表達外部具有復雜自由曲面，內(nèi)部具有三維孔系的生，往往不能滿足要求，有以下 3 點原因：（1）將幾何復雜度很高的 CAD STL 文件時，需要耗費相當?shù)臅r間，并且會產(chǎn)生許多意想不到的錯誤[46] 1 的 STL 文件成功獲得，修補其缺陷仍然是一個及其冗雜、耗時的過程，

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 Kai Ling;Guoyou Huang;Juncong Liu;Xiaohui Zhang;Yufei Ma;Tianjian Lu;Feng Xu;;Bioprinting-Based High-Throughput Fabrication of Three-Dimensional MCF-7 Human Breast Cancer Cellular Spheroids[J];Engineering;2015年02期

2 宮靜;胥光申;金京;馬訓鳴;羅聲;;面曝光快速成形技術的變形[J];紡織高校基礎科學學報;2011年04期

3 伍權;張祥林;吳斌;黃早文;;基于擠出沉積成形技術的多孔生物支架制備[J];華中科技大學學報(自然科學版);2011年12期

4 陳學工;馬金金;黃偉;李楠;;一種基于最小搜索圓平面多邊形域約束Delaunay三角剖分算法[J];小型微型計算機系統(tǒng);2011年02期

5 趙吉賓;劉偉軍;;快速成形技術中基于STL模型的分層算法研究[J];應用基礎與工程科學學報;2008年02期

6 劉海霞,顏永年,王小紅,熊卓,程捷;肝細胞的三維受控組裝[J];清華大學學報(自然科學版);2005年08期

7 習俊通,周滿元,嚴雋琪;基于STEP的非均勻自適應分層方法[J];計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS;2004年02期

8 張必強,邢淵,阮雪榆;面向網(wǎng)格簡化的STL拓撲信息快速重建算法[J];上海交通大學學報;2004年01期

9 趙吉賓,劉偉軍,王越超;STL文件的錯誤檢測與修復算法研究[J];計算機應用;2003年02期

相關博士學位論文 前1條

1 汪寧陵;王棕組織多尺度結(jié)構(gòu)力學建模方法及仿王棕結(jié)構(gòu)設計研究[D];華南理工大學;2016年

本文編號：2735023