随着生命科学的发展,构建复杂的生物组织结构成为生物制造领域的主要研究方向之一。相比传统的组织工程技术,采用生物3D打印技术构建复杂生物组织结构是最精确和最快速的方法。当前的生物3D打印技术,缺乏必要的视觉检测装置分析模型打印质量的好坏,因此本论文在研制的打印系统上集成视觉测量模块,实现视觉监控和扫描测量。本论文主要开展生物3D打印系统的研制,包括生物3D打印系统设计、视觉测量系统设计和程序设计三大部分。生物3D打印系统包含机械系统设计、电气驱动系统设计、电气控制系统设计,视觉测量系统完成视觉系统和测量系统的选型的搭建,程序设计部分完成上位机软件和程序设计。最后使用生物材料明胶和海藻酸钠验证本打印系统的打印可行性,使用网格支架、沟槽和凸台验证视觉测量系统测量模型三维结构的可行性。本论文主要展开的研究内容如下:第一章绪论部分,首先介绍几种常见的打印方式,接着介绍国内外典型的生物打印系统,最后介绍国内外视觉与测量方面的研究进展。第二章根据生物打印系统的设计指标,提出了机械系统设计的总体方案,包括三轴运动系统、供料系统、温控系统。电气驱动系统以GTS-800作为主控,完成端子板供电电路、电机轴的驱动电路、限位电路及原点定位电路等电路设计。电气控制系统以PID控制算法为核心,建立了三闭环反馈系统。第三章通过对视觉测量系统的功能需求分析,并对比现有几种测量方法的优缺点,确定视觉测量系统的设计方案,即采用高像素摄像头构建的视频监控系统作为视觉系统方案,采用色散共焦探头构建的扫描测量系统作为测量系统方案,并在此基础上完成硬件的选型设计、安装结构设计和连接电路设计。第四章完成上位机程序设计、切片程序设计、扫描算法及数据采集程序设计和指令缓冲容器程序设计。上位机软件打印界面采用Lab VIEW设计,主要包括开卡与复位、点位运动、换料、温控及报警等功能。切片程序设计采用Cura切出G-code,解决复杂模型的代码生成问题。对于扫描程序提出三种扫描算法,给出基础扫描算法实现,采用C++编写数据采集程序实现对扫描过程的数据采集。上位机传送指令到下位机需要传输时间,导致物料堆积,提出了指令缓冲容器算法,并在PC端模拟缓冲过程验证缓冲容器的可行性。第五章利用玻璃胶、海藻酸钠进行打印实验,验证了打印系统打印生物材料的可行性,使用扫描测量系统分别对网格支架、沟槽和凸台进行扫描,获取三维数据,使用Mountains Map进行三维重建,分析某一截面的打印质量,验证扫描测量系统的可行性。第六章总结全文并展望下一步工作。