软材料的3D打印方法及其设备开发

摘要

3D打印技术兴起于20世纪90年代，突出的优点引起了人们广泛的关注，其特点是可按使用者要求自行定制相关物体的外形轮廓，和传统加工方法相比更加快捷便宜。由于3D打印技术对可使用的材料的要求较高，目前，可以用于3D打印的材料有可热熔性塑料（PLA,ABS等），金属材料（铁，钛合金等），陶瓷，橡胶等等，随着科技的发展越来越多的材料加入3D打印大家族。3D打印技术对材料的要求有以下特点：在成型前和成型后状态有很大的突变，而且这种转变要求在很短的时间内完成，以达到材料自身能被顺利挤出，挤出后能自我支撑，定型。
　　柔软的软材料与人体的健康密切相关，与人体，生物相关的领域都可以看到软材料的身影。常见的有生物体细胞体外培养，损坏的组织，器官的替换和修补都需要软材料的参与。水凝胶由于具备与生物体细胞极其相似外环境和优良的机械性能，被广泛的应用于细胞体外培养和组织器官的体外形成。然而这些组织器官的外形大多是不规则的，所以对体外培养相关组织器官也需要形状各不相同的水凝胶等软材料。3D打印突出的优点被纳入科学家眼帘，由于3D打印这种增材制造的特性和软材料的制备相结合将会给软材料的应用领域带来巨大的发展空间。因此对软材料的3D打印的研究具有很现实的意义。
　　文章主要论述了：
　　(1)阐述了最新的3D打印技术方法，原理和国内外其发展现状，以及3D打印软材料的应用领域及其重要性
　　(2)软材料的流动力学分析方法与计算
　　(3)提出了针对软材料的3D打印的两套方案，并设计了相应的3D打印机械结构与基于单片机的控制系统
　　(4)对非3D打印条件下制备的水凝胶样品和我们所提出的方法制备的样品的材料表征，凸显出我们的制备方法的优缺点以及后续发展的方向

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源与研究背景

1.2 国内外研究概况及发展趋势

1.3 研究意义，研究内容与技术方案

第二章 3D打印水凝胶流动力学研究

2.1流体力学相关计算

2.2我的实验数据与计算结果

2.3实验探究Alginate的固化性质

第三章 3D打印机机用喷头的设计

3.1 3D打印技术

3.2 3D打印机机用喷头的结构设计

第四章 控制系统设计

4.1 四轴联动的计算原理

4.2 挤出机的控制设计

4.3 XYZ联动的控制设计

第五章 水凝胶的非3D打印制备

5.1 水凝胶材料的概述

5.2 水凝胶的合成方法

第六章 水凝胶的3D打印与材料表征

6.1 背压式电流体微尺度3D打印柔性材料实验结果

6.2 交叉交联法3D打印柔性材料实验结果

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1： 攻读硕士学位期间专利申请

附录2： 挤出机C语言控制代码

附录3： X,Y,Z三轴联动的G代码数控程序设计