擠出式生物3D打印制造過程的反饋方法

供稿人:趙廷澤 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

擠出式生物3D打印方法的主要問題是缺乏制造過程的直接控制，這限制了打印結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和設(shè)計復(fù)雜性。缺乏過程的直接控制會導(dǎo)致許多缺陷，從而影響所制造結(jié)構(gòu)的外觀和功能。因為機器的軸運動不能準(zhǔn)確預(yù)測材料沉積位置，以及精確制造時需要的對材料擠壓過程中的額外感測。

美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校機械科學(xué)與工程系的研究人員們提出了一種循環(huán)迭代過程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在材料沉積參考系中進(jìn)行直接制造過程控制。為了減小零件在制造過程中的尺寸誤差，他們將非接觸式激光位移掃描儀集成到打印平臺中，如圖1所示。

圖1 直寫3D打印機與激光掃描儀

在使用設(shè)計的參考軌跡制作完初始打印件之后，激光掃描儀將在零件上移動以測量材料的位置。使用他們自制的圖像處理算法將激光掃描儀數(shù)據(jù)與設(shè)計的參考軌跡進(jìn)行比較，以生成誤差向量。為了補償測得的誤差，該算法修改了第二次打印迭代的軸參考軌跡。其過程如圖2所示。

圖2 圖像處理步驟

通過在一個3D打印平臺上，研究人員實現(xiàn)了打印過程監(jiān)控和誤差補償技術(shù)的集成，研究結(jié)果顯示該方法可以改善材料沉積位置。

參考文獻(xiàn)：
Armstrong, A. A., Norato, J., Alleyne, A. G., & Johnson, A. J. W. (2019). Direct process feedback in extrusion-based 3D bioprinting. Biofabrication, 12(1), 015017.