CN114559661B - 基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 - Google Patents
基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114559661B CN114559661B CN202210212600.9A CN202210212600A CN114559661B CN 114559661 B CN114559661 B CN 114559661B CN 202210212600 A CN202210212600 A CN 202210212600A CN 114559661 B CN114559661 B CN 114559661B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- printing
- cylindrical structure
- extrusion type
- type biological
- printer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统。方法包括:S1、构建圆柱形结构模型;S2、采用挤压式生物3D打印机对圆柱形结构模型进行切片;S3、采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;S4、以圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω;S5、重复步骤S3‑S4多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数。本发明以一个圆柱形结构模型为对象,使用较少的材料与较简单的模型得到最优的打印参数,从而为后续各种复杂结构保持较高的打印质量奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域,更具体地说,特别涉及一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法。
背景技术
随着组织工程和再生医学的不断发展,科研人员希望在体外重构出三维组织/器官,生物3D打印作为一种能够精确模拟器官及组织内部结构的模型策略显得尤为重要。其中,挤压式生物3D打印是应用最为广泛的生物3D打印方法。在挤出式打印过程中,打印机通过连续挤出力可以挤出不间断的细丝,通过增大压强可以打印不同黏度的生物材料和不同浓度的细胞,由此可以制造出强度较好的组织结构。用于生物3D打印的材料属于软体材料(比如水凝胶),当打印细长型结构或如心脏、肝脏这类精度要求高的结构时,不合理的打印参数会使打印的结构精度较低,结构较为粗糙。目前针对挤出式生物3D打印方式所形成结构的打印质量测量研究较少。因此,有必要开发一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,以克服现有技术所存在的缺陷。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,包括以下步骤:
S1、构建圆柱形结构模型;
S2、将所述圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机的切片工具对所述圆柱形结构模型进行切片;
S3、采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;
S4、以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%;
S5、重复步骤S3-S4多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数。
进一步地,所述步骤S3中挤出式生物3D打印机所采用的打印材料为凝胶材料。
进一步地,所述步骤S3中挤出式生物3D打印机在平台上进行打印。
进一步地,所述步骤S3中的打印参数为喷嘴顶端保持在平台上方的距离、喷嘴平移速度、打印压强、喷嘴类型和材料的凝胶时间。
进一步地,所述步骤S4中以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择10个位置测量该圆柱形结构的高度。
进一步地,所述步骤S5中重复步骤S3-S4的次数为3次。
本发明还提供一种根据上述的基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法的系统,包括:
构建模块,用于构建圆柱形结构模型;
切片模块,用于将所述圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机的切片工具对所述圆柱形结构模型进行切片;
打印模块,用于采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;
计算模块,用于以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%;
判断选择模块,用于打印模块和计算模块中的步骤多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数;
所述构建模块、切片模块、打印模块、计算模块和判断选择模块依次连接。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明提供的一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,以一个圆柱形结构模型为对象,使用较少的材料和较为简单的模型得到最优的打印参数,从而为后续各种复杂结构保持较高的打印质量奠定基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法的流程图。
图2中2a是本发明中圆柱形结构模型的示意图,2b是圆柱形结构模型切片示意图。
图3是本发明基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法的示意图。
图4是本发明用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
参阅图1和图2所示,本实施例公开了一种基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,包括以下步骤:
步骤S1、构建圆柱形结构模型,如图2a所示,圆柱形结构模型的半径为r,高度为h。从理论上讲,如果所设置的打印参数的打印精度足够高,则最高一层截面任意一点位置的高度应是一致的。
步骤S2、将圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机对所述圆柱形结构模型进行切片,如图2b所示。
步骤S3、采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构。
具体的,所述的挤出式生物3D打印机是在平台上进行打印的,平台可以为塑料或金属平台,所采用的打印材料为凝胶材料,比如:明胶,海藻酸钠等凝胶材料。这些材料属于软物质材料,当设定的打印参数不合理时打印完成的结构可能会出现打印结构精度较低,结构较为粗糙的问题,打印参数为喷嘴顶端保持在平台上方的距离、喷嘴平移速度、打印压强、喷嘴类型和材料的凝胶时间。
步骤S4、以圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%。
具体的,本实施例中以圆柱形结构的最上层为起点任意选择10个位置测量该圆柱形结构的高度hi,平均值H、标准差SD和半定量化参数的计算公式如下:
H=(∑hi)/10,i=1,2...10
Ω=(SD/H)×100%
S5、重复步骤S3-S4多次,本实施例选择3次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数。
下面具体来介绍本实施例的方法,将准备好的打印材料放到27号锥形/圆柱形针咀(针咀尺寸类型有多种,比如23,25,27号等多种型号,每组型号还分为圆锥形或圆柱形针咀)的10cc针筒用于气动挤出,在室温下凝胶时间t=30min(范围可在20-120min,但凝胶时间越久,越难挤出,需要的压强越大,打印精度越低)。对打印机设定好相关参数(包括压强P、喷嘴距离平台的高度h等)。以压强100Kpa,喷嘴顶端保持在平台上方0.4mm,6mm/s平移速度为例,打印得到所设计的圆柱体结构。
打印完成后,以最上层为起点,任选10个位置测量圆柱体结构的高度,取平均值H和标准差SD。将标准差SD除以均值H,并进行归一化,得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%。每组实验至少重复3次。半定量化参数Ω越小,则各点高度趋于一致,打印精度越高,选择半定量化参数Ω最小的打印参数以便于后续结构复杂的打印。
实施例二
参阅图4所示,本发明还提供一种根据上述的基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法的系统,包括:构建模块1,用于构建圆柱形结构模型;切片模块2,用于将所述圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机的切片工具对所述圆柱形结构模型进行切片;打印模块3,用于采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;计算模块4,用于以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%;判断选择模块5,用于打印模块和计算模块中的步骤多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数;其中,构建模块1、切片模块2、打印模块3、计算模块4和判断选择模块5依次连接。
本发明以一个圆柱形结构模型为对象,使用较少的材料得到最优的打印参数,从而为后续建立各种复杂结构的同时保持较高的打印质量和打印精度奠定基础。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式,但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改,只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围,都应当在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、构建圆柱形结构模型;
S2、将所述圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机的切片工具对所述圆柱形结构模型进行切片;
S3、采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;
S4、以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%;
S5、重复步骤S3-S4多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数;
所述步骤S3中挤出式生物3D打印机所采用的打印材料为凝胶材料;
所述步骤S3中挤出式生物3D打印机在平台上进行打印;
所述步骤S3中的打印参数为喷嘴顶端保持在平台上方的距离、喷嘴平移速度、打印压强、喷嘴类型和材料的凝胶时间。
2.根据权利要求1所述的基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,其特征在于,所述步骤S4中以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择10个位置测量该圆柱形结构的高度。
3.根据权利要求1所述的基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法,其特征在于,所述步骤S5中重复步骤S3-S4的次数为3次。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法的系统,其特征在于,包括:
构建模块,用于构建圆柱形结构模型;
切片模块,用于将所述圆柱形结构模型导入至挤压式生物3D打印机中,采用挤压式生物3D打印机的切片工具对所述圆柱形结构模型进行切片;
打印模块,用于采用挤出式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述圆柱形结构模型所对应的圆柱形结构;
计算模块,用于以所述圆柱形结构的最上层为起点任意选择多个位置测量该圆柱形结构的高度,取其平均值H和标准差SD,将标准差SD除以平均值H并进行归一化得到半定量化参数Ω=(SD/H)*100%;
判断选择模块,用于打印模块和计算模块中的步骤多次,在多个半定量化参数Ω中选择最小的半定量化参数Ω所对应的打印参数;
所述构建模块、切片模块、打印模块、计算模块和判断选择模块依次连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210212600.9A CN114559661B (zh) | 2022-03-06 | 2022-03-06 | 基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210212600.9A CN114559661B (zh) | 2022-03-06 | 2022-03-06 | 基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114559661A CN114559661A (zh) | 2022-05-31 |
CN114559661B true CN114559661B (zh) | 2023-02-10 |
Family
ID=81716956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210212600.9A Active CN114559661B (zh) | 2022-03-06 | 2022-03-06 | 基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114559661B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116021770B (zh) * | 2022-11-17 | 2023-09-19 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种挤出式生物3d打印几何缺陷的评价方法及系统 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104002482A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-08-27 | 英华达(上海)科技有限公司 | 三维打印机的打印参数设置方法及装置 |
CN108883575A (zh) * | 2016-02-18 | 2018-11-23 | 维洛3D公司 | 准确的三维打印 |
CN110039786A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-23 | 北京大学口腔医学院 | 一种口腔专用3d打印系统打印精度的标准评价方法 |
CN113320168A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-31 | 厦门天宇丰荣科技有限公司 | 一种生物墨水3d打印平面实心图形的工艺参数优化方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016120752B4 (de) * | 2016-10-31 | 2021-02-11 | Canon Production Printing Holding B.V. | Verfahren zur Erkennung einer Querbewegung zwischen einer Druckeinheit und einem Aufzeichnungsträger |
-
2022
- 2022-03-06 CN CN202210212600.9A patent/CN114559661B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104002482A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-08-27 | 英华达(上海)科技有限公司 | 三维打印机的打印参数设置方法及装置 |
CN108883575A (zh) * | 2016-02-18 | 2018-11-23 | 维洛3D公司 | 准确的三维打印 |
CN110039786A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-23 | 北京大学口腔医学院 | 一种口腔专用3d打印系统打印精度的标准评价方法 |
CN113320168A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-31 | 厦门天宇丰荣科技有限公司 | 一种生物墨水3d打印平面实心图形的工艺参数优化方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114559661A (zh) | 2022-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114559661B (zh) | 基于气动挤出式生物打印结构打印精度评价方法及系统 | |
CN106182765B (zh) | 基于支持向量机的3d打印模型尺寸误差预测方法 | |
EP2001381B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines entsprechend einer anatomischen sollform vorgeformten flächigen implantats für einen menschlichen oder tierischen körper | |
EP3018531A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen mehrzelligen Objektes | |
CN107164305A (zh) | 一种体外类脑组织及其构建方法 | |
CN114559662B (zh) | 用于挤压式生物3d打印结构打印质量测定方法及系统 | |
CN110083719A (zh) | 一种基于深度学习的工业制品病疵检测方法 | |
CN114603858B (zh) | 基于挤出式生物3d打印的半定量化精度测定方法及系统 | |
Allencherry et al. | Investigation of hydrogel and gelatin bath formulations for extrusion-based 3D bioprinting using deep learning | |
DE102019132211B3 (de) | 3D-Gerüst aus biokompatiblem Polymer mit einem nach oben offenen Besiedlungsraum für biologische Zellen und mit einem den Besiedlungsraum umgebenden kanalförmigen Gefäß | |
CN106178130A (zh) | 分叉结构三维分层血管支架的成形系统和方法 | |
CN110188662A (zh) | 一种水表数字的ai智能识别方法 | |
CN104985822A (zh) | 3d细胞打印系统及其打印方法 | |
DE102019132214B3 (de) | Mit biologischen Zellen besiedeltes 3D-Gerüst aus biokompatiblem Polymer und dessen Herstellung | |
CN112829282A (zh) | 基于模型边界信息的水凝胶生物3d打印路径规划方法 | |
CN103954223B (zh) | 基于双摄像头毫米级生物3d打印机出丝宽度测量方法 | |
CN204981876U (zh) | 3d细胞打印系统 | |
James et al. | Study on composite hydrogel mixture of calcium alginate/gelatin/kappa carrageenan for 3D bioprinting | |
Smutný et al. | An investigation of the accuracy and reproducibility of 3D printed transparent endodontic blocks | |
CN116021770B (zh) | 一种挤出式生物3d打印几何缺陷的评价方法及系统 | |
KR20230030710A (ko) | 3d 바이오프린터의 모니터링 시스템, 형상 결함 보정용 리페어링 시스템 및 그 방법 | |
CN106289856A (zh) | 一种大截面及大厚度脑组织切片的制作装置及方法 | |
WO2021009320A1 (de) | Verfahren zur erzeugung und/oder anordnung von zellkulturen | |
EP3766961B1 (de) | Verfahren zur erzeugung von biologischem gewebe | |
Balaji et al. | Printability assessment of modified filament deposition modelling three dimensional bioprinter printer using polymeric formulations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |