生物支架作為組織工程的重要組成部分之一,由相互連接的孔隙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組成,具有支持細胞定植、遷移、生長和分化等功能。隨著3D打印技術(shù)興起,快速成形技術(shù)被引入支架制備領(lǐng)域。其中,基于動態(tài)掩膜的投影式光固化技術(shù)在制備支架精度和分辨率方面優(yōu)于其他快速成形技術(shù),被認為是最具潛力的生物支架制備方法之一。常規(guī)投影式光固化系統(tǒng)中,直接將掩膜投影到相關(guān)固化層,往往產(chǎn)生較大的收縮變形。國內(nèi)外已有研究者對分塊、灰度變換的掩膜規(guī)劃進行了研究,但一方面基于圖像分割的掩膜規(guī)劃尚有擴展的空間,針對樹脂光聚合收縮變形的測量研究較少。另一方面,傳統(tǒng)掩膜灰度控制方法存在著復現(xiàn)困難、成效低等缺點。針對上述不足,本文開展以下工作:（1）擴展了一種基于圖像分割技術(shù)的掩膜分割規(guī)劃方案,提出使用多個正方形、正六邊形和三角形對掩膜進行切分,而后結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法測量樹脂在光固化過程中的收縮變形。結(jié)果表明,制備生物支架的樹脂在光固化過程中變形呈現(xiàn)先急劇增大、然后部分減小的趨勢,采用正方形、正六邊形和三角形掩膜規(guī)劃可分別減少光固化成形件29.04%、25.14%和5.43%的收縮。（2）搭建了數(shù)字圖像相關(guān)樹脂變形測試平臺。包括... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

投影式光固化原理圖

第一章緒論3過去十幾年，在應用MIP-SL技術(shù)制備生物支架中，國內(nèi)外學者做出了許多突破性的進展。美國研究人員利用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯改性透明質(zhì)酸(GM-HA)、明膠甲基丙烯酸酯(GelMA)等打印材料，采用MIP-SL技術(shù)制作出神經(jīng)管狀引導支架（如圖1-2a）和肝小葉解毒支架（如圖1-2b）[18,19]。德國柏林心臟中心sodian等研究人員[20]基于計算機斷層掃描圖像掩膜的立體光刻技術(shù)制備出兼具生物相容性和生物降解性的主動脈血管支架（如圖1-2c），對于臨床醫(yī)學上制作活體血管假體具有重大意義。另外，對于血管系統(tǒng)、腎小球和腸絨毛中復雜的細胞三維界面排列，加州大學Soman等人[21]采用動態(tài)投影打印技術(shù)打印細胞封裝支架，該支架可以控制復雜三維特征中的細胞密度和分布，實現(xiàn)良好的細胞存活率。國內(nèi)西安交通大學盧秉恒團隊[22]通過對人體骨骼組織進行微尺度觀測、剖析和仿生，設(shè)計出新的人造骨支架內(nèi)微細通道結(jié)構(gòu)，之后結(jié)合計算機輔助制造、逆向求解方法和立體光固化技術(shù)制備出具有生物活性的人造骨支架。中山大學附屬口腔醫(yī)院李俊達等人[23]使用光固化成形技術(shù)打印出復合聚酯生物支架，用于牙髓細胞的引導培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該支架的抗炎效果好，有利于牙髓細胞的增殖和成骨向分化。a)神經(jīng)管狀引導支架b)肝小葉解毒支架c)主動脈血管支架圖1-2投影式立體光刻系統(tǒng)制備支架結(jié)構(gòu)[19,20]

第一章緒論5程中的刀具路徑規(guī)劃。不同的是，針對數(shù)控刀具路徑規(guī)劃已經(jīng)被廣泛研究，而掩模圖像規(guī)劃國內(nèi)外研究較少。另外，大部分基于掩膜圖像的立體光刻系統(tǒng)直接采用切片后的掩膜圖形進行相關(guān)層固化，而不涉及相應的曝光策略，對成形件的平滑度、表面光潔度、特征精度和分辨率等方面有較大的影響。在光固化快速成形的掩膜圖像規(guī)劃細分領(lǐng)域中，前人已經(jīng)取得了一些較大的進展。如南加州大學YongChen等人[31]利用圖像分割切分掩膜，把一張掩膜圖像分為若干張一次曝光，將每層樹脂的聚合收縮翹曲變成一定數(shù)量級的小面積翹曲變形，以此來提高每層固化的精度從而提高整體零件的精度，根據(jù)他的報道，該方法對樹脂成形零件的精度有大約30%的提升效果。同是南加大學者ZhouChi[37]提出一種基于灰度變化的掩膜規(guī)劃方法，通過控制掩膜圖像每個像素點的灰度值來提高光固化成形零件的分辨率。通過對支架掩膜圖像設(shè)計補償來抵消成形件幾何形狀的變形是掩膜圖像規(guī)劃中研究最廣泛和完善的一種，已有基于二維形狀變形的最小面積偏差掩膜填補、基于有限元模擬的反失真掩膜補償及基于公稱與偏移模型的掩膜補充等方法被開發(fā)并使用[33,38-42]，對成形件的形狀和幾何精度均有一定的改善。對一個三葉草形狀的掩膜圖像進行了補償[39]，如圖1-3所示，作者通過計算、預測出固化層實際形狀，進而改變預先確定的切片圖形形狀進行補償，以此達到標準固化圖案的目的。圖1-3掩膜補償圖形[39]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]面曝光3D打印機光強檢測補償系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J]. 邱志惠,陳號,黃祺,戴晨雨.  西安交通大學學報. 2017(08)
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博士論文
[1]數(shù)字圖像相關(guān)方法及其在材料力學性能測試中的應用[D]. 劉小勇.吉林大學 2012
[2]數(shù)字圖像相關(guān)及其在若干工程測試中的應用[D]. 張蕊.華南理工大學 2011

碩士論文
[1]基于投影式光固化的生物支架數(shù)字掩膜研究[D]. 李鳴珂.華南理工大學 2018
[2]基于數(shù)字圖像相關(guān)方法的混凝土斷裂過程區(qū)力學特性研究[D]. 黃才政.重慶交通大學 2016
[3]納米纖維素的光固化及其組織工程支架的可控制備研究[D]. 趙姍.華南理工大學 2015
[4]面曝光快速成形技術(shù)的變形研究[D]. 宮靜.西安工程大學 2012



本文編號：3611109