摘要
生物三维打印技术近年己用于修复损伤后的器官组织，但生物三维打印在压电微滴喷射过程中存在两个主要问题：一：生物制剂的粘度相对都较大，容易堵塞喷嘴，因此难以喷射成型；二：在打印的过程中生物制剂由于重力、沉淀等因素会发生分层、材料粘稠度变化等情况，打印的速度就会不稳定，造成打印精度不高，且成型质量也会受到影响。因此本文针对生物三维打印压电微滴喷射技术目前存在的问题，进行了如下研究： (1)研究了压电微滴喷射的驱动原理。分析叠堆式压电陶瓷作为脉冲驱动的驱动机理，利用ANSYS有限元分析软件建立模型并进行仿真，确定其共振频率和振型，同时分析不同液体参数及不同驱动波形对压电陶瓷的振动特性的影响，以此获得最大喷射能力下的驱动参数。 (2)提出一种针对打印喷头的自适应控制方法。通过实时监测喷嘴处的液滴喷射速度，判断打印过程材料是否喷射顺畅、喷头是否存在堵塞等情况，以此来调整驱动电压的幅值大小，获得稳定的喷射速度。 (3)基于DDS原理，利用FPGA开发板，完成压电式微滴喷射装置驱动电源的设计。选用LABVIEW开发采集、监测、控制模块，搭建压电微喷电源驱动的人机交互系统。 (4)完成压电式微滴喷射系统的搭建．通过实验进行设备的整体性能测试及验证本文提出的自适应控制方法的有效性。结果表明，利用自适应控制方法打印出的支架模型表面更加光滑；吸水率更高，更有利于细胞生长所需的物质进行细胞间的传输，且具有更高的降解率。 本文通过确定装置振型获得其最大喷射能力，一定程度上解决了压电微滴喷射难以喷射高黏度生物制剂的问题；通过自适应控制方法，实现了不同物性生物材料的稳定恒速喷射。打印出的支架模型更符合组织工程的要求，对生物三维打印压电式微滴喷射技术具有重要的理论与实验意义。
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