熔体电纺直写装置数控系统设计与实现

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）熔体电纺直写装置数控系统设计与实现劳剑东二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501072广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）熔体电纺直写装置数控系统设计与实现劳剑东指导教师姓名、职称：杜雪教授/王晗教授学科（专业）或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018-05-18ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofM

2、asterofScience（MasterofEngineeringScience）ADesignandImplementationofNumericalControlSystemforMeltElectrospinningDirectWritingDeviceCandidate:LaoJiandongSupervisor:Prof.DuXueProf.WangHanMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTec

3、hnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要纳米科学引领的多元化科学研究领域的协同合作，促进纳米材料在各个领域得到更广泛的应用。因为电纺纤维能够模拟原生细胞外基质纳米尺度的性质和结构特征，因此有希望未来用作组织工程支架。静电纺丝是通过静电拉伸聚合物溶液或熔体来制造微纳米纤维的一种高效途径。虽然与熔体电纺装置原理相仿、组成类似，但仍没有标准化的实验设备或公认的最优解决方案，其数控系统往往存在收集平台运动精度低、设备开发周期长、硬件通用性差、软件可重用性

4、差、难以二次开发和扩展功能等问题。开放式数控系统结构体系探索着建立准化的接口，使数控产品的各种硬件、软件可以根据实际功能需求增减、替换，具有极大的开放性。为了改进传统数控系统的不足以及缩短控制系统开发周期，本文基于工业计算机结合固高运动控制器形式搭建了熔体电纺直写制造系统数控硬件平台。在Windows7上采用vs2010作为开发平台，搭建了应用程序基本框架。再按各功能模块划分完成应用程序开发编写了一套人机界面友好的制造系统控制软件。最后阐述了软件基本功能与核心模块的设计与实现。解释程序功能模块主要是

5、为了解决格式文件的读取与识别的问题，并将处理之后的有用信息提取排序，转换成运动控制器能调用的运动参数。为了扩展传统的数控系统软件功能，软件系统还增加了数控代码的解释与编译功能模块。针对数控系统常见的G格式代码文件和DXF通用图形交换文件编写了一套解析程序，最后通过G代码解析与打印验证实验和简单的多图元DXF文件实验两个实验证实解析程序和插补程序的正确性。首先根据组织工程中对生物支架的要求，设计了打印立体栅格支架的路径轨迹方案。然后通过多组实验验证了收集间距、收集基板速度和收集距离三个工艺参数对沉积纤

6、维形貌的影响。理论分析其影响原因和精度情况。最后参考单因素实验结论，通过图案化的沉积实验验证了数控系统的可行性，实现微米尺度结构的直写位置三维层面上的精确控制。在多层堆叠后纤维宽度偏差控制在较小范围内，为电纺直写制造系统的相关研究提供指导。关键词：静电纺丝，开放式数控系统，支架，组织工程I广东工业大学硕士论文ABSTRACTThecollaborativecooperationinthefieldofdiversifiedscientificresearchledbynanosciencepromo

7、testhewiderapplicationofnanomaterialsinvariousfields.Themeltelectrospunfibershavebeeninvestigatedintissueengineeringscaffoldsasthenanoscalepropertiesandstructuralcharacteristicsofnativeextracellularmatrix.Electrospinningisanefficientwaytofabricatemicro

8、/nanofibersbyelectrostaticallystretchingapolymersolutionoramelt.Atpresent,therearestillnostandardizedexperimentalequipmentorrecognizedoptimalsolutions.Althoughtheprincipleofthemeltelectrospinningdeviceissimilaranditscompositionissimilar