電紡直寫制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、組織工程是一門新興的交叉學(xué)科，它融合了工學(xué)、理學(xué)、力學(xué)以及生命科學(xué)等多學(xué)科理念，其研究的重點(diǎn)內(nèi)容是生物支架。在諸多微納制造技術(shù)中，靜電紡絲是目前研究較多且較為成熟的技術(shù)。但是，靜電紡絲具有工藝的鞭動(dòng)等諸多缺點(diǎn)，因此限制了其應(yīng)用。電紡直寫工藝基于靜電紡k絲工藝進(jìn)行改進(jìn)，縮短了噴頭與收集裝置的間距在靜電紡絲第一階段開始沉積，使得熔融纖維能在收集裝置上具備直寫特性，能在收集裝置上按規(guī)劃沉積。本文基于電紡直寫工藝的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，將探究并開發(fā)一套針

2、對(duì)生物支架制造的電紡直寫制造系統(tǒng)。
　　首先，針對(duì)電紡直寫制造系統(tǒng)的功能和需求進(jìn)行分析，確定樣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括了三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)與計(jì)算、熔融噴頭設(shè)計(jì)以及真空夾具設(shè)計(jì)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)，并對(duì)電紡直寫制造系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)輔助裝置進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
　　其次，針對(duì)電紡直寫運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)，完成其電氣系統(tǒng)的構(gòu)建。整個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊由直線電機(jī)、工控計(jì)算機(jī)、固高運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成。電氣系統(tǒng)的搭建主

3、要包括了直線電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器與控制器等關(guān)鍵控制部件的電氣布線，并將歐姆龍光電開關(guān)接入控制電路，實(shí)現(xiàn)限位與保護(hù)作用。通過工控計(jì)算機(jī)可以對(duì)平臺(tái)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，建立電紡直寫平臺(tái)直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型并通過Simulink基于前饋的PID控制算法進(jìn)行仿真，驗(yàn)證該控制算法的跟隨性能、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)能力，保證電紡直寫運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能。
　　整個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中，纖維沉積精度主要是通過XY兩軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)保證的。使用激光干涉儀測(cè)量電紡直寫運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的

4、X、Y定位精度與重復(fù)定位精度，測(cè)得X軸定位精度13μm，重復(fù)定位精度5.4μm，Y軸定位精度11.8μm，重復(fù)定位精度9μm，其定位誤差的原因由光柵尺安裝誤差等幾個(gè)因素引起的，但是由于生物支架纖維之間的柵距一般為500μm，因此，XY兩軸運(yùn)動(dòng)精度能滿足實(shí)驗(yàn)要求。
　　最后，對(duì)開發(fā)出來的電紡直寫制造系統(tǒng)進(jìn)行了功能與性能方面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析，分別探究了單軸沉積條件下，工作電壓、收集裝置與噴頭之間的間距以及收集裝置速度對(duì)于單軸定向運(yùn)動(dòng)沉