電紡直寫制造系統(tǒng)設(shè)計與實現(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等諸多缺點，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與優(yōu)勢，將探究并開發(fā)一套針

2、對生物支架制造的電紡直寫制造系統(tǒng)。
　　首先，針對電紡直寫制造系統(tǒng)的功能和需求進(jìn)行分析，確定樣機的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。機械系統(tǒng)設(shè)計主要包括了三維運動平臺的傳動方案設(shè)計與計算、熔融噴頭設(shè)計以及真空夾具設(shè)計等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計，并對電紡直寫制造系統(tǒng)的實驗輔助裝置進(jìn)行簡要的介紹。
　　其次，針對電紡直寫運動平臺的控制系統(tǒng)，完成其電氣系統(tǒng)的構(gòu)建。整個運動平臺驅(qū)動模塊由直線電機、工控計算機、固高運動控制卡、電機驅(qū)動器等構(gòu)成。電氣系統(tǒng)的搭建主

3、要包括了直線電機與驅(qū)動器、驅(qū)動器與控制器等關(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，實現(xiàn)限位與保護(hù)作用。通過工控計算機可以對平臺的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時，建立電紡直寫平臺直線電機的數(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，保證電紡直寫運動平臺的性能。
　　整個運動平臺中，纖維沉積精度主要是通過XY兩軸運動平臺保證的。使用激光干涉儀測量電紡直寫運動平臺的

4、X、Y定位精度與重復(fù)定位精度，測得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兩軸運動精度能滿足實驗要求。
　　最后，對開發(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驗測試與分析，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于單軸定向運動沉