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1、摘 要本设计属于人体组织工程载体框架制造工艺技术领域，其方法包括以下步骤：首先制备室温下含组织工程载体框架材料的液体和含生长因子的液体；根据用户的预先设计的路径，将上述两种液体在低于0的低温环境中分别通过不同的喷头挤出或喷射出来，逐层堆积成形为冷冻的多孔组织工程载体框架，然后在冻干机中冷冻干燥，去除溶剂后得到组织工程载体框架。落实到本毕业设计的内容主要是X-Y扫描工作台，Z轴升降台以及整机布局的设计，电控部分的初步设计。X-Y向工作台采用光杠导向，伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，Z向工作台通过光杠导向，步进电机驱动，丝杠螺母传动。电控部分主要包括8031单片机、I/ O 接口卡、D/A转换电路、功
2、率放大电路、伺服电机、光电隔离电路、步进电机、测速发电机, 以及键盘、显示器等。关键词：人体组织工程 快速成型技术 扫描工作台 单片机控制Abstract This design belongs to the field of the framework carrier manufacturing technology of human tissue engineering which includes several steps as followed. Firstly, prepare the liquid contained the material of the framework c
3、arrier of tissue engineering. Secondly, according to the users prescribed path，the two liquids were sprayed from two different nozzle below zero Centigrade, then the frozen porous tissue engineering carrier is deposited by layers. Finally, the framework can be obtained after sublimation drying of so
4、lvent in a freeze drying apparatus. The main contents of this paper is to design the X_Y scanning workbench、Z lifting workstation as well as their control units. Both of the X-Y workbench and the Z lifting workstation are guided by the lead bars. The X-Y workbench is transmitted with the ball screws
5、 and driven by servo motors. The Z lifting workstation is transmitted with the lead screws and driven by stepper motor. The control unit contains SCM, I/O interface card, photoelectric isolation circuit, D / A converter circuit, servo motors, stepper motor, tachogenerator, power amplifier, as well a
6、s keyboard, monitor, etc.Keywords: human tissue engineering, RP technology, scanning workbench, SCM 第一章 综 述11.1组织工程载体框架制备综述11.2无加热沉积制造的设备与工艺3第二章 具体设计任务及时间安排42.1工作台机械部分设计42.2工作台电路部分设计52.3设备附件部分设计52.4设计日程安排52.5设计要求参数5第三章 机械装置部分设计63.1 X_Y方向工作台设计63.1.1 X向导向机构63.1.2 光杠与直线轴承63.1.3 传动机构设计63.1.4 滚珠丝杠副的设计计算7
7、3.2 Z方向工作台设计相关设计计算113.2.1 导向机构选择113.2.2 电机选择113.2.3传动副选择123.2.4传动机构设计123.2.5 Z向步进电机选择133.2.6 联轴器选用14第四章 电气原理部分设计154.1总体部分设计154.2 电气部分基本组成154.3 电气系统参数选择154.4 单片机系统元件布置框图184.5 伺服系统结构原理194.6 接口电路及其原理194.7 速度反馈输入接口194.8 光电编码器及其接口204.9 光电耦合器与步进电机214.10 光电耦合器214.11 步进电机及其软件环形分配器22总结与心得错误!未定义书签。总结错误!未定义书签。
8、参考文献24附录：加减计数器程序和软环分初始化程序2526第一章 综 述1.1组织工程载体框架制备综述目前国际上组织工程的载体框架的成形方法一般使用发泡法，溶盐法，浸浆法和热相分离法等。这些工艺都遵循相似的原理。那就是通过间接的手段造孔，如加入发泡剂，糖，无机盐，多空海绵和有机溶剂等作为造孔剂，空隙的形态参数与造孔剂的选择有着直接的关系。例如浸浆法的典型工艺，聚氨酯海绵浸浆法就是将聚氨酯海绵浸如陶瓷浆料中，然后在125C干燥一小时，以0.5C/Min的速度加热到500c，再以1Cmin的速度加热至高温烧成。其工艺方法的原理如图1，这中工艺方法只能成形烧结的陶瓷载体框架，而许多生物材料不能承受高
9、温的加工过程，因此可用的材料受限制。 图1.1 浸浆法工艺简图这些传统的组织工程载体框架制造工艺通常存在以下问题；1、难以形成200微米到500微米尺寸范围，且相互贯通的可控孔隙结构，由于这些工艺都是简介造孔（通过发泡剂，无机盐等）很难实现对与载体框架孔隙结构的直接有效控制。成形的孔隙结构在一定程度上存在随意性。很难满足组织工程载体框架的形态参数要求200微米到500微米的尺寸范围，且相互贯通的可控孔隙结构。2、难以实现孔隙梯度结构和材料梯度结构的成形。这种均匀孔隙结构与材料组成的载体框架，很难协调载体框架的降解性能与机械强度之间的矛盾。很难满足组织工程载体框架的复杂性能要求。3、难以实现用户
10、化的载体框架制造。由于不同病例的组织缺损情况千差万别，需要针对具体的病例设计和制造载体框架，传统的工艺方法难以实现。 如果采用低温挤压喷射堆积成型的工艺方法，就可以克服传统的组织工程载体框架成型工艺的不足之处，提供一种组织工程载体框架制造的低温挤压，喷射堆积成形工艺，是其便于道道组织工程载体框架的形态参数要求及复杂的性能要求，实现孔隙梯度结构和材料梯度结构的成形，实现用户化的载体框架制造。该工艺可以按照以下步骤进行：1、 将所需的组织工程载体框架材料和溶剂混合，制备成室温下的含组织工程载体框架材料的液体，并制备室温下含所需生长因子的液体。2、 根据用户组织的具体结构以及预先设计的路径，将上述含
11、组织工程载体框架材料的液体和含生长因子的液体在低于0度的低温环境中分别通过不同的喷头挤出或者喷射出来，逐层堆积成行为冷冻的多孔组织工程载体框架。3、 将上述冷冻的组织工程载体框架送入冻干机中干燥，去除溶剂后即可得到组织工程载体框架。上述步骤中，1步骤中所述的制备含组织工程载体框架材料的液体为含组织工程载体框架材料的溶液，悬浊液，乳浊液或者材料部分溶解的浆料，所述的室温下含所需生长因子的液体为包括生长因子的溶液，悬浊液，乳浊液或者生长因子部分溶解的浆料。该工艺方法的原理和特点：1、 低温挤压喷射堆积成型工艺方法的原理是基于快速成型制造的离散/堆积基本原理，成形过程及框架的空隙结构可以根据预先的设
12、计进行逐层堆积成型。因此孔隙尺寸有相互贯通性可以得到很好的控制。2、 在该工艺中，材料的制备是在室温下采用溶剂溶解或液体悬浮的方式得到液态的成型材料而不采用任何加热的熔融的液态材料制备方式，因此，很好的保持了生物材料的生物活性，使本工艺具有广泛的材料适应性。3、 该工艺采用冷冻干燥方法，将冷冻状态的组织工程载体框架中的溶剂去除，此工艺中溶剂的升华，留下了大量五十微米以下尺寸的相互贯通的微孔结构，提高了载体框架的空隙率。有利于载体框架的体内降解和再生组织的营养与代谢。4、 由于本工艺采用快速成形工艺，在制造复杂形状方面的巨大柔性，可以实现用户化的载体框架制造。具体的工艺实施方式：组织工程载体框架
13、的低温挤压喷射堆积成型工艺方法的原理图如下图所示： 图1.2低温挤压喷射堆积成型工艺简图首先将组织工程载体框架材料和溶剂混合制备成室温下含组织工程载体框架材料的液体，制备室温下含生长因子的液体，不同的组织需要采用不同的组织工程载体框架材料。如：骨组织工程常采用可降解高分子材料，钙磷盐或他们的复合材料，血管组织工程常采用聚氨酯材料等等。不同的材料需要溶于不同的溶剂，有的材料不溶于溶剂，不容的部分制备成10um以下的粉料。制备室温下含组织工程载体框架材料的液体包括组织工程载体框架材料的溶液，悬浊液，乳浊液或该材料部分溶解的浆料，同样，不同组织需要不同的生长因子，不同的生长因子需要溶于不同的溶剂，有
14、的生长因子不溶于溶剂，不容的部分制备成10um以下的粉料，制备室温下含生长因子的液体的溶液，悬浊液，乳浊液，生长因子部分熔接的浆料或生长因子均匀混合在前述含组织工程载体框架材料的液体内的混合物，然后按照预先的设计规定的路径，分别通过不同的喷头将含的组织工程载体框架材料液体和含生长因子的液体在低于0C的低温环境中挤出或喷射出来，逐层堆积并冷冻成多空的组织工程载体支架，采用此工艺方法的制备原理如图1.3所示。按照预先的设计规定的路径，喷头组3将贮藏在储料罐组2中的液态原料，分别通过挤出或喷射的方式，在低于0C的低温成形室5中逐层堆积到工作台1上。得到冷冻的组织工程载体框架4，框架的孔隙结构可以通过
15、预先的设计，可以通过计算机或者其他方式控制喷头的扫描运动的轨迹来得到。孔隙尺寸和相互贯通性可以得到更好的控制，喷头组中的个喷头均可以通过在控制下做独立的扫描运动。挤出/喷射不同的材料，根据预先的是设计成形的材料梯度结构，将冷冻的 载体框架在冻干机中冷冻干燥。溶剂去除后得到用于组织修复的组织工程载体框架。 图1.3无加热沉积制造的设备简图1.2无加热沉积制造的设备与工艺 在各种快速成形工艺中，基于挤出/喷射成形的快速成形工艺是最适合于组织工程支架成形的工艺。因为这类工艺对于成型材料有着更为广泛的适应性，如图所示，在这类快速成型的工艺中，喷头在计算机的控制下将材料的液态或半固态细丝微粒挤出、喷射出来在工作台面上逐层沉积成为三维的实体（图1.4）。在整个的成型的过程中，由于对于不同的组织，材料不是单一的，而是复合的，因此，就要求，这种喷头的数目不是一个，而是根据实际的需要设置多个喷头，如图1.3所示。 图1.4挤出/喷射成形的快速成形工艺示意图图1.3是一个四喷头的沉积制造专用设备结构示意图。为了实现支架材料的挤出/喷射成型，须按照以下步骤：1：首先通过非加热的方法制备液态或者是半固态的材料。2：将不
