CN114559662A - 用于挤压式生物3d打印结构打印质量测定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法及系统。方法包括：S1、构建立方体结构模型，并计算其体积；S2、采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；S3、采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出立方体结构；S4、等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长宽高再取平均值和标准差，根据测量的长、宽、高的平均值和标准差计算体积并计算打印质量评价数值；S5、重复步骤S3‑S4多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数。本发明以立方体结构模型来判断3D打印出来结构的好坏，得到较优的打印参数，以打印各种复杂结构而保持较高的打印质量。

Description

用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法及系统

技术领域

本发明涉及材料技术领域，更具体地说，特别涉及一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法及系统。

背景技术

随着生物3D打印技术的发展，生物3D打印在再生医学和器官移植等方面取得较大成果，被应用于骨骼、人造血管等领域。目前常见的生物3D打印技术包括挤压式打印、喷墨式打印、立体光刻式打印和激光直写式打印。其中，挤压式生物3D打印由于驱动压力大可以打印不同黏度的生物材料，并且具有多通道梯度打印能力，因此具有较为广泛的应用。目前挤出式生物3D打印的材料大部分是凝胶材料，通过设定打印参数后打印完成的结构可能会产生塌陷等打印质量问题，需对打印质量的好坏进行评价。然而，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。为此，有必要开发一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，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：

用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，包括以下步骤：

S1、构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高；

S2、将立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机中，并采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；

S3、采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述立方体结构模型所对应的立方体结构；

S4、等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽、Y高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

S5、重复步骤S3-S4多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数。

进一步地，所述步骤S3中挤压式生物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中挤压式生物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、材料的凝胶时间。

进一步地，所述步骤S4中分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽Y、高Z再取平均值和标准差的具体步骤为：随机测量立方体结构10个位置的长X并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的宽Y并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的高Z并取平均值和标准差。

本发明还提供根据上述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法的系统，包括：

模型构建模块，用于构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高；

切片模块，用于在立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机后采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；

打印模块，用于采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述立方体结构模型所对应的立方体结构；

计算模块，用于在等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽Y、高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

判断选择模块，用于重复打印模块和计算模块中的步骤多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数；

所述模型构建模块、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：本发明提供的一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，通过构建立方体结构模型，以简单的立方体结构模型来判断3D打印出来结构打印质量的好坏，得到较优的打印参数，后续基于优化的打印参数可以打印各种复杂结构而保持较高的打印质量。

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，显而易见地，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是本发明用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法的流程图。

图2中a是立方体结构模型的示意图，b是立方体结构模型切片后的示意图。

图3中a是打印过程示意图，b是打印完成的结构静置设定时间后的示意图。

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。

参阅图1和图2所示，本实施例公开了一种用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，包括以下步骤：

步骤S1、构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高，如图2中a所示。

步骤S2、将立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机中，并采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片，如图2中b所示。

步骤S3、采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出立方体结构模型所对应的立方体结构。

具体的，所述的打印参数为喷嘴顶端保持在平台上方的距离、喷嘴平移速度和打印压强、喷嘴类型、材料的凝胶时间，挤压式生物3D打印机所采用的打印材料为凝胶材料，挤压式生物3D打印机在平台上进行打印，平台可以为塑料或金属平台。

步骤S4、等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽、Y高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

具体的，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽、Y高Z再取平均值和标准差可以分为以下三个步骤：随机测量立方体结构10个位置的长X并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的宽Y并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的高Z并取平均值和标准差，具体计算公式如下：

步骤S5、重复步骤S3-S4多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数。

本实施例可以根据需要选择次数，例如3次。

下面具体来介绍本实施例的方法，如图3中a所示，将准备好的打印材料放到25号锥形/圆柱形喷嘴(喷嘴尺寸类型有多种)的3cc针筒(以下称为G25锥形/圆柱形)用于气动挤出，在室温下凝胶时间t＝20min。设定好速度v1、喷嘴距离平台的高度h、压强P等参数)，做好打印前的准备工作。打印参数以压强100Kpa，喷嘴顶端保持在平台上方0.2mm，5mm/s平移速度为例，打印得到所设计的立方体结构。等待2小时后(此处时间可以主观设定)，测量其打印结构的长(X)、宽(Y)、高(Z)，并计算最新的体积V₁＝X*Y*Z。其中，以测量打印结构的长度X为例，从上到下随机测量立方体结构10个位置的长度，取平均值和标准差(宽度Y和高度Z同理)，示意图如图3中b所示。测量结束后，由测量得到的长宽高计算出体积V₁，打印质量评价数值

W越大，则打印质量越好。

实施例二

参阅图4所示，本发明还提供根据上述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法的系统，包括：模型构建模块1，用于构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高；切片模块2，用于在立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机后采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；打印模块3，用于采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述立方体结构模型所对应的立方体结构；计算模块4，用于在等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽Y高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

判断选择模块5，用于重复打印模块和计算模块中的步骤多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数；所述模型构建模块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。

本发明通过构建立方体结构模型，以简单立方体结构模型来判断3D打印出来结构打印质量的好坏，得到较优的打印参数，后续基于优化的打印参数可以打印各种复杂结构而保持较高的打印质量。

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 (6)

1.用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高；

S2、将立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机中，并采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；

S3、采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述立方体结构模型所对应的立方体结构；

S4、等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽、Y高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

S5、重复步骤S3-S4多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数。

2.根据权利要求1所述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，其特征在于，所述步骤S3中挤压式生物3D打印机所采用的打印材料为凝胶材料。

3.根据权利要求1所述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，其特征在于，所述步骤S3中挤压式生物3D打印机在平台上进行打印。

4.根据权利要求1所述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，其特征在于，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、喷嘴平移速度和打印压强、喷嘴类型、材料的凝胶时间。

5.根据权利要求1所述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法，其特征在于，所述步骤S4中分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽Y、高Z再取平均值和标准差的具体步骤为：随机测量立方体结构10个位置的长X并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的宽Y并取平均值和标准差，随机测量立方体结构10个位置的高Z并取平均值和标准差。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于挤压式生物3D打印结构打印质量测定方法的系统，其特征在于，包括：

模型构建模块，用于构建立方体结构模型，并计算其体积V＝x*y*z，x,y,z分别为立方体结构模型的长宽高；

切片模块，用于在立方体结构模型导入挤压式生物3D打印机后采用挤压式生物3D打印机中的切片工具将立方体结构模型进行切片；

打印模块，用于采用挤压式生物3D打印机在设定的打印参数条件下打印出所述立方体结构模型所对应的立方体结构；

计算模块，用于在等待设定时间后，分别随机测量立方体结构多个位置的长X、宽Y、高Z再取平均值和标准差，根据测量的长X、宽Y、高Z的平均值和标准差计算体积V1并计算打印质量评价数值

判断选择模块，用于重复打印模块和计算模块中的步骤多次，在多个打印质量评价数值中选择最大的打印质量评价数值所对应的打印参数；

所述模型构建模块、切片模块、打印模块、计算模块和判断选择模块依次连接。

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