应用于髋臼杯三维成型的数字微喷控制技术研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cmccetehi
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由于疾病、运动创伤和老龄化等因素导致的髋臼杯损伤严重影响了人们的生活质量,需要借助髋臼杯假体来恢复功能,但使用传统手段制造的通用规格尺寸的假体往往无法匹配病人的个体骨骼,导致假体使用寿命急剧缩短。为了解决以上问题,本文将微滴喷射三维打印技术引入髋臼杯成型领域,研究了一种基于微滴喷射三维打印的个性化髋臼杯成型方法,并仿真分析了UV墨水的粘度、表面张力特性对数字微喷髋臼杯成型效果的影响,研究了温度与墨水粘度、表面张力的关系曲线,设计出了一种新型恒温恒压控制方法,并自主开发设计了髋臼杯成型平台和控制系统,最终在成型平台上打印出了髋臼杯假体,验证了成型平台的可靠性和控制技术的可行性,为髋臼杯假体成型提供一种新的思路。本文主要内容为:(1)首先研究并分析各种微滴喷射技术的优缺点,选择适用于本课题的压电微滴喷射技术和阵列式压电喷头。然后,研究微滴喷射光固化成型理论,选择满足本课题要求的光固化UV树脂材料和髋臼杯成型材料,并分析它们的性能。最后研究光固化微滴喷射髋臼杯成型的原理和整体工艺流程。(2)其次研究UV墨水特性参数对微滴喷射液滴成型过程和成型精度的影响。利用COMSOL软件仿真分析液滴喷射成型过程,研究微液滴的喷射、成型机理,得到墨水特性参数对液滴喷射成型效果的影响规律,获得最优的墨水特性参数,为优化成型工艺参数提供理论指导。(3)然后在理论分析与仿真的基础上,设计应用于髋臼杯成型三维打印成型平台,设计开发整体成型平台的各个控制系统,包括三轴精准运动控制系统、喷头驱动喷墨控制系统、恒温恒压控制系统、上位机打印控制系统。优化控制参数实现各个系统协调可靠工作,最后实现髋臼杯成型平台整体打印。(4)最后在搭建好的成型平台上进行髋臼杯打印实验。打印前先对髋臼杯原始三维模型进行设计和格式转化,对打印材料的性能进行分析,研究影响髋臼杯成型精度的墨水特性参数和打印工艺参数,并得到最优的墨水特性和工艺参数,并在此参数下打印出髋臼杯成型件,并分析成型件的尺寸误差和各项性能参数,分析结果表明本课题研究的数字微喷髋臼杯打印成型控制系统具有可行性,对髋臼杯成型技术的发展具有重要的理论与现实意义。
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