【摘要】：組織工程生物支架作為再生醫(yī)學(xué)最有前景的研究領(lǐng)域之一,是多學(xué)科、多領(lǐng)域的集成。采用快速成型技術(shù)制造組織工程支架可以實(shí)現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備的集成。其中,基于數(shù)字微鏡(Digital Micro-mirrors Device,簡(jiǎn)稱DMD)的面曝光光固化技術(shù),被認(rèn)作最具潛力的生物支架制備技術(shù)之一。常規(guī)的基于STL文件的切片方法在處理生物支架模型數(shù)據(jù)時(shí),往往效率低下,產(chǎn)生一定的精度損失,甚至出現(xiàn)求解失敗的情況。另外,為平衡制造效率和制造精度之間的矛盾,國內(nèi)外研究者提出了厚度自適應(yīng)切片技術(shù),但一方面針對(duì)生物支架模型的厚度自適應(yīng)切片算法的研究工作尚未充分展開。另一方面,基于數(shù)字微鏡(DMD)的面曝光快速成形系統(tǒng)數(shù)字掩膜生成方法也存在大量空白需要填補(bǔ)。針對(duì)上述缺陷或不足,本文主要開展了以下研究工作:(1)設(shè)計(jì)了一套針對(duì)生物支架三維模型的厚度自適應(yīng)直接切片方法,并在Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下,基于MFC應(yīng)用程序框架和SolidWorks2011 API函數(shù)庫,實(shí)現(xiàn)了這套算法,并最終以插件的形式植入SolidWorks2011。采用相關(guān)的測(cè)試模型對(duì)算法進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證,證明該方法能夠滿足對(duì)生物支架三維模型進(jìn)行切片生成數(shù)字掩膜的要求,所采用的厚度自適應(yīng)準(zhǔn)則參數(shù)比已報(bào)道的某些同類參數(shù),更加有效,更具針對(duì)性。(2)設(shè)計(jì)了一套參數(shù)化的數(shù)字掩膜直接生成方法,該方法突破了常規(guī)基于三維模型切片法的局限性,可以在不建立完整的生物支架模型,不對(duì)模型進(jìn)行切片的情況下,直接對(duì)數(shù)字掩膜進(jìn)行參數(shù)化編輯,生成特定支架的數(shù)字掩膜集合。采用相關(guān)的測(cè)試模型對(duì)算法進(jìn)行了評(píng)估和驗(yàn)證,證明該方法能夠適用于基于DMD的生物支架面曝光快速成形系統(tǒng)。相比于常規(guī)方法,該數(shù)字掩膜直接生成法在處理本文采用的測(cè)試模型時(shí)效率提高約33%。(3)在Microsoft Visual Studio2012開發(fā)環(huán)境下,基于MFC應(yīng)用程序框架,開發(fā)了面曝光快速成形實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的上位機(jī)軟件,將前述的數(shù)字掩膜獲取方法應(yīng)用于制造實(shí)踐,進(jìn)一步驗(yàn)證了其實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318
【圖文】：

1-1 兩種生物支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模型數(shù)據(jù)處理、快速成形制造方法及其典型研究成于三維模型的切片技術(shù)研究進(jìn)展統(tǒng)的快速成形領(lǐng)域，STL（stereo-lithography）文件接口標(biāo)準(zhǔn)已然成為通用遞格式，它采用一定數(shù)量的小三角形面片逼近三維實(shí)體表面。其精度可控面片的數(shù)量越多，三維逼近精度越高，文件越大。一般的設(shè)計(jì)過程是，先進(jìn)行造型設(shè)計(jì)建模，以特定的格式標(biāo)準(zhǔn)（如 STEP）存儲(chǔ)所建立的三維模用數(shù)據(jù)處理算法對(duì)三維模型進(jìn)行三角面片的逼近處理，選擇特定的精度，TL 格式，國外文獻(xiàn)中通常將三角面片化處理成為“Tessellation”，圖 1-2件的三維可視化效果。最后，由切片算法對(duì) STL 文件進(jìn)行切片處理，獲數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成快速成形設(shè)備可識(shí)別的格式。 文件簡(jiǎn)單通用，分為二進(jìn)制和 ASCII 文本格式兩種存儲(chǔ)形式。ASCII 文本式具有極好的可閱讀性，其結(jié)構(gòu)如下：

圖 1-2 三維模型三角面片逼近和弦誤差上述文件結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)，STL 文件的三角面片之間沒有存儲(chǔ)關(guān)聯(lián)的幾何角面片的存儲(chǔ)順序也是雜亂無章，需要依靠讀取算法來判斷和建立三角面拓?fù)潢P(guān)系[43, 44]。事實(shí)上，STL 文件本身具有很多的缺點(diǎn)和局限，即：（1）丟失帶來的“孔洞”；（2）法向量反向，不滿足右手定則；（3）截?cái)嗾`差”或“錯(cuò)位”；（4）精度不足，文件過于冗雜而龐大，等等。因此，在應(yīng)用必須采用專門的算法對(duì)上述缺陷進(jìn)行修復(fù)，相關(guān)修復(fù)算法已經(jīng)得到充分得應(yīng)用對(duì)象的幾何復(fù)雜度比較低（如曲率變化平緩，沒有跨尺度的幾何特征能夠滿足快速成形的需要，這也是它成為快速成形工業(yè)領(lǐng)域文件接口標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)把 STL 文件用于表達(dá)外部具有復(fù)雜自由曲面，內(nèi)部具有三維孔系的生，往往不能滿足要求，有以下 3 點(diǎn)原因：（1）將幾何復(fù)雜度很高的 CAD STL 文件時(shí)，需要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，并且會(huì)產(chǎn)生許多意想不到的錯(cuò)誤[46] 1 的 STL 文件成功獲得，修補(bǔ)其缺陷仍然是一個(gè)及其冗雜、耗時(shí)的過程，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2735023