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)的準確性和設(shè)計復雜性。缺乏過程的直接控制會導致許多缺陷，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。

美國伊利諾伊大學香檳分校機械科學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：
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.