組織工程載體X-Y掃描工作臺設計說明書.doc

I摘要本設計屬于人體組織工程載體框架制造工藝技術(shù)領域，其方法包括以下步驟：首先制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體和含生長因子的液體；根據(jù)用戶的預先設計的路徑，將上述兩種液體在低于0的低溫環(huán)境中分別通過不同的噴頭擠出或噴射出來，逐層堆積成形為冷凍的多孔組織工程載體框架，然后在凍干機中冷凍干燥，去除溶劑后得到組織工程載體框架。落實到本畢業(yè)設計的內(nèi)容主要是X-Y掃描工作臺，Z軸升降臺以及整機布局的設計，電控部分的初步設計。X-Y向工作臺采用光杠導向，伺服電機驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，Z向工作臺通過光杠導向，步進電機驅(qū)動，絲杠螺母傳動。電控部分主要包括8031單片機、I/O接口卡、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、伺服電機、光電隔離電路、步進電機、測速發(fā)電機,以及鍵盤、顯示器等。關鍵詞：人體組織工程快速成型技術(shù)掃描工作臺單片機控制AbstractThisdesignbelongstothefieldoftheframeworkcarriermanufacturingtechnologyofhumantissueengineeringwhichincludesseveralstepsasfollowed.Firstly,preparetheliquidcontainedthematerialoftheframeworkcarrieroftissueengineering.Secondly,accordingtotheusersprescribedpath，thetwoliquidsweresprayedfromtwodifferentnozzlebelowzeroCentigrade,thenthefrozenporoustissueengineeringcarrierisdepositedbylayers.Finally,theframeworkcanbeobtainedaftersublimationdryingofsolventinafreezedryingapparatus.ThemaincontentsofthispaperistodesigntheX_Yscanningworkbench、Zliftingworkstationaswellastheircontrolunits.BothoftheX-YworkbenchandtheZliftingworkstationareguidedbytheleadbars.TheX-Yworkbenchistransmittedwiththeballscrewsanddrivenbyservomotors.TheZliftingworkstationistransmittedwiththeleadscrewsanddrivenbysteppermotor.ThecontrolunitcontainsSCM,I/Ointerfacecard,photoelectricisolationcircuit,D/Aconvertercircuit,servomotors,steppermotor,tachogenerator,poweramplifier,aswellaskeyboard,monitor,etc.Keywords:humantissueengineering,RPtechnology,scanningworkbench,SCMII第一章綜述.11.1組織工程載體框架制備綜述.11.2無加熱沉積制造的設備與工藝.3第二章具體設計任務及時間安排.42.1工作臺機械部分設計.42.2工作臺電路部分設計.52.3設備附件部分設計.52.4設計日程安排.52.5設計要求參數(shù).5第三章機械裝置部分設計.63.1X_Y方向工作臺設計.63.1.1X向?qū)驒C構(gòu).63.1.2光杠與直線軸承.63.1.3傳動機構(gòu)設計.63.1.4滾珠絲杠副的設計計算.73.2Z方向工作臺設計相關設計計算.113.2.1導向機構(gòu)選擇.113.2.2電機選擇.113.2.3傳動副選擇.123.2.4傳動機構(gòu)設計.123.2.5Z向步進電機選擇.133.2.6聯(lián)軸器選用.14第四章電氣原理部分設計.154.1總體部分設計.154.2電氣部分基本組成.154.3電氣系統(tǒng)參數(shù)選擇.154.4單片機系統(tǒng)元件布置框圖.184.5伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理.194.6接口電路及其原理.194.7速度反饋輸入接口.194.8光電編碼器及其接口.204.9光電耦合器與步進電機.214.10光電耦合器.214.11步進電機及其軟件環(huán)形分配器.22總結(jié)與心得.錯誤!未定義書簽。總結(jié).錯誤!未定義書簽。參考文獻.24附錄：加減計數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序.251第一章綜述1.1組織工程載體框架制備綜述目前國際上組織工程的載體框架的成形方法一般使用發(fā)泡法，溶鹽法，浸漿法和熱相分離法等。這些工藝都遵循相似的原理。那就是通過間接的手段造孔，如加入發(fā)泡劑，糖，無機鹽，多空海綿和有機溶劑等作為造孔劑，空隙的形態(tài)參數(shù)與造孔劑的選擇有著直接的關系。例如浸漿法的典型工藝，聚氨酯海綿浸漿法就是將聚氨酯海綿浸如陶瓷漿料中，然后在125C干燥一小時，以0.5C/Min的速度加熱到500c，再以1Cmin的速度加熱至高溫燒成。其工藝方法的原理如圖1，這中工藝方法只能成形燒結(jié)的陶瓷載體框架，而許多生物材料不能承受高溫的加工過程，因此可用的材料受限制。圖1.1浸漿法工藝簡圖這些傳統(tǒng)的組織工程載體框架制造工藝通常存在以下問題；1、難以形成200微米到500微米尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)，由于這些工藝都是簡介造孔（通過發(fā)泡劑，無機鹽等）很難實現(xiàn)對與載體框架孔隙結(jié)構(gòu)的直接有效控制。成形的孔隙結(jié)構(gòu)在一定程度上存在隨意性。很難滿足組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求200微米到500微米的尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)。2、難以實現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形。這種均勻孔隙結(jié)構(gòu)與材料組成的載體框架，很難協(xié)調(diào)載體框架的降解性能與機械強度之間的矛盾。很難滿足組織工程載體框架的復雜性能要求。3、難以實現(xiàn)用戶化的載體框架制造。由于不同病例的組織缺損情況千差萬別，需要針對具體的病例設計和制造載體框架，傳統(tǒng)的工藝方法難以實現(xiàn)。如果采用低溫擠壓噴射堆積成型的工藝方法，就可以克服傳統(tǒng)的組織工程載體框架成型工藝的不足之處，提供一種組織工程載體框架制造的低溫擠壓，噴射堆積成形工藝，是其便于道道組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求及復雜的性能要求，實現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形，實現(xiàn)用戶化的載體框架制造。該工藝可以按照以下步驟進行：1、將所需的組織工程載體框架材料和溶劑混合，制備成室溫下的含組織工程載體框架材料的液體，并制備室溫下含所需生長因子的液體。2、根據(jù)用戶組織的具體結(jié)構(gòu)以及預先設計的路徑，將上述含組織工程載體框架材料的液體和含生長因子的液體在低于0度的低溫環(huán)境中分別通2過不同的噴頭擠出或者噴射出來，逐層堆積成行為冷凍的多孔組織工程載體框架。3、將上述冷凍的組織工程載體框架送入凍干機中干燥，去除溶劑后即可得到組織工程載體框架。上述步驟中，1步驟中所述的制備含組織工程載體框架材料的液體為含組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或者材料部分溶解的漿料，所述的室溫下含所需生長因子的液體為包括生長因子的溶液，懸濁液，乳濁液或者生長因子部分溶解的漿料。該工藝方法的原理和特點：1、低溫擠壓噴射堆積成型工藝方法的原理是基于快速成型制造的離散/堆積基本原理，成形過程及框架的空隙結(jié)構(gòu)可以根據(jù)預先的設計進行逐層堆積成型。因此孔隙尺寸有相互貫通性可以得到很好的控制。2、在該工藝中，材料的制備是在室溫下采用溶劑溶解或液體懸浮的方式得到液態(tài)的成型材料而不采用任何加熱的熔融的液態(tài)材料制備方式，因此，很好的保持了生物材料的生物活性，使本工藝具有廣泛的材料適應性。3、該工藝采用冷凍干燥方法，將冷凍狀態(tài)的組織工程載體框架中的溶劑去除，此工藝中溶劑的升華，留下了大量五十微米以下尺寸的相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)，提高了載體框架的空隙率。有利于載體框架的體內(nèi)降解和再生組織的營養(yǎng)與代謝。4、由于本工藝采用快速成形工藝，在制造復雜形狀方面的巨大柔性，可以實現(xiàn)用戶化的載體框架制造。具體的工藝實施方式：組織工程載體框架的低溫擠壓噴射堆積成型工藝方法的原理圖如下圖所示：圖1.2低溫擠壓噴射堆積成型工藝簡圖首先將組織工程載體框架材料和溶劑混合制備成室溫下含組織工程載體框架材料的液體，制備室溫下含生長因子的液體，不同的組織需