基于微液滴喷射技术打印微管道方法研究

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微液滴喷射技术是目前生物制造技术中最具有生命力的技术,具有喷射微液滴精度高、不用加热等优势,目前已初步应用于构建各种生物组织结构,在远期人造组织和器官的应用中将会得到更为广泛的应用。  微液滴喷射技术通过压电陶瓷(PZT)的形变在喷嘴处产生周期性压力波,压力波驱动喷射材料形成微液滴。单个液滴的形成有诸多影响因素,只有当喷射参数合适时才能获得均匀的液滴。为了解决微管道打印过程中均匀液滴生成这个关键问题,本文做了以下工作:  (1)阐述了微液滴喷射过程的理论基础,详细分析了微液滴形成的整个过程,总结出影响液滴形成的关键影响因素包括:驱动脉冲幅值、流体粘度和喷嘴孔径。  (2)构建了微液滴喷射过程的仿真模型。本论文使用fluent流体力学软件对微液滴喷射整个过程进行模拟,从而获得了液滴的喷射过程的相变和速度场的分布。通过改变驱动速度幅值、流体粘度、喷嘴口径等影响因素,获得这些影响因素对均匀微液滴生成的影响,从而为获得控制均匀液滴的最优参数提供指导。  (3)搭建了微液滴喷射实验平台。介绍了系统的硬件组成及其主要功能,并对各个模块的进行了详细的分析和介绍。  (4)在搭建的实验平台上进行实验。本论文的研究通过改变驱动电压幅值、流体粘度以及采用不同口径的喷头等方法对成形均匀液滴参数的影响进行了实验。实验中采用频闪延时的观测方式观察并记录微液滴产生的整个过程。最后,将实验与仿真得到的数据做对比,验证了第二章获取均匀液滴参数理论及仿真模型的可靠性。  在研究各因素影响得到稳定均匀液滴的基础上,对基于微液滴喷射技术微管道打印路径补偿机制进行了研究。本文做了以下两个工作:  (1)对打印过程中的应力影响进行了理论分析,采用微曲梁模拟打印过程中的微管道,从而计算出在冲击力作用下微管道的变形,并修改冲击力位置,最终得到圆形管道的理论打印路径。  (2)通过构建微管道模型,并使用有限元分析(FEA)来模拟打印过程中的变形,从而验证预测补偿路径这一方法的准确性。  基于微液滴喷射技术打印微管道路径的预测研究为将来实现打印微细血管提供了一种新的研究思路。
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