复合PCL牙周骨支架MC建模及3D打印控制系统设计

摘要

针对牙周炎等疾病，在人体内植入牙周骨支架是一种有效的治疗方式。近年来，国内外对牙周骨支架的研究主要涉及建模、材料和成型工艺等方面。其中，支架的三维建模和成型工艺一直是制约牙周骨支架发展的重要因素。本课题旨在研究牙周骨支架三维建模及其三维成型技术，为牙周骨支架的制备提供一种新的思路。本文具体内容如下:
　　1.提出优化型Marching Cube(MC)牙周骨支架三维建模算法。首先分析了传统型MC建模算法与平行轮廓线建模算法在牙周骨支架建模中的优势与不足，再结合牙周骨组织自身特征，提出优化型MC牙周骨支架三维建模算法。优化型MC算法以Visual Studio为软件平台，以空间五面体为体元，利用中性点插值算法确定体元等值面端点坐标，实现骨组织三维建模。基于优化型MC算法构建的牙周骨支架具有较好的精度，可为牙周骨支架实体的构建提供高精度三维模型。
　　2.提出一种螺杆微挤压牙周骨支架成型工艺。以骨支架材料聚已内酯(PCL)为研究对象，设计一种可对原料腔体进行恒温加热、锥形螺杆作为挤出动力的成型设备。该设备由机械系统和控制系统组成，可为牙周骨支架的构建提供实验平台。
　　3.研究系统参量和误差对牙周骨支架成型质量的影响。系统参量主要包括:喷头口径、挤出量、打印速度。实验数据表明:喷头口径的减小将会提高支架打印质量;在材料有效堆积的前提下，材料挤出量的减少将会减小支架几何尺寸的误差;牙周骨支架外轮廓为锥形，采用减速打印方式有利于支架成型。对系统参量进行基础性研究有利于高质量支架成型参数的确定。
　　4.分析牙周骨支架生物性能和力学性能。在生物性能方面，PCL混合不同的比例的磷酸三钙(TCP)、无定型磷酸钙(ACP)材料可改善PCL材料的降解特性，实验数据表明PCL∶TCP=8∶2复合材料降解特性与牙周骨组织再生速率相匹配，该材料可用于牙周骨支架构建。在力学方面，支架填充率决定支架孔隙大小和弹性模量，实验数据表明支架填充率应控制在40％～70％之间。
　　本文实现了牙周骨支架的初步构建。对牙周骨支架建模技术和制备工艺进行基础性研究可为临床型牙周骨支架的制备提供重要的理论依据和实验意义。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 研究背景

1．2牙周骨支架国内外研究现状

1．2．1牙周骨支架成型工艺研究现状

1．2．2牙周骨支架材料研究现状

1．2．3牙周骨支架建模技术研究现状

1．3 选题的意义和研究内容

1．3．1论文选题意义及来源

1．3．2论文结构与研究内容

第2章牙周骨支架三维建模技术研究

2．1 Marching Cube算法

2．1．1 Marching Cube算法原理

2．1．2基于Marching Cube算法的牙周骨支架构建

2．1．3基于Marching Cube算法牙周骨支架模型分析

2．2平行轮廓线算法

2．2．2基于平行轮廓线算法牙周骨支架构建

2．2．3基于平行轮廓线算法牙周骨支架模型分析

2．3 Marching Cube算法与平行轮廓线算法对比分析

2．4 牙周骨支架建模MC优化算法

2．4．1牙周骨支架建模优化算法原理

2．4．2基于优化型MC算法牙周骨支架构建

2．4．3基于优化型MC算法牙周骨支架模型分析

2．5 本章小结

第3章牙周骨支架三维成型平台控制系统设计

3．1 牙周骨支架成型工艺原理

3．2 牙周骨支架三维成型平台机械结构设计

3．2．1螺杆挤出机械结构

3．2．2系统传动方式

3．3 牙周骨支架三维打印成型平台控制系统设计

3．3．1主控模块

3．3．2运动控制模块

3．3．3螺杆挤出模块

3．4 整体样机

3．5 本章小结

第4章牙周骨支架三维成型工艺研究实验

4．1 牙周骨支架三维打印成型过程

4．1．1 STL面模型文件格式简介

4．1．2牙周骨支架三维模型切片处理

4．2 系统参数对牙周骨支架成型质量的影响

4．2．1喷嘴口径对牙周骨支架成型质量的影响

4．2．2喷嘴挤出量对牙周骨支架成型质量的影响

4．2．3打印速度对牙周骨支架成型质量的影响

4．3 螺杆挤出式熔融沉积成型工艺误差分析

4．3．1成型设备系统误差

4．3．2挤丝宽度引起的误差

4．3．3材料的收缩性引起的误差

4．4本章小结

第5章牙周骨支架性能测试

5．1 牙周骨支架成型材料

5．2 牙周骨支架生物性能测试

5．2．1支架体外降解测试

5．2．2支架生物性能测试

5．3 牙周骨支架力学性能分析

5．3．1填充比对支架微观形貌以孔隙率的影响

5．3．2填充比对支架力学性能的影响

5．4本章小结

第6章总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢