[發明專利]一種微細血管管道3D打印路徑預測方法

有效

• 申請號: 201410588887.0
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104361154B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 龔友平;呂云鵬;陳國金;蘇少輝;陳昌;陳慧鵬;劉海強;彭章明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 杜軍

1.一種微細血管管道3D打印路徑預測方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟(1)、根據設定的打印微細血管參數，計算液滴沖擊力F_impact：

所述的打印微細血管參數包括打印管道厚度h，打印管道半徑r，打印管道長度值b，打印材料彈性模量E；

1.1根據打印管道厚度h，控制打印機輸出頻率和電壓大小，得到相應直徑為d的液滴以及液滴的速度b；

1.2根據液滴直徑d大小，由式(1)計算得到液滴質量：

mdrop=ρdrop*43π(d2)3---(1)]]>

其中ρ_drop為液滴的密度；

1.3根據步驟1.2得到的液滴質量m_drop，上述打印材料彈性模量E，由式(2)計算得到液滴產生的沖擊力F_impact：

Fimpact=43(d2)(1/2)E*δZ(3/2)---(2)]]>

其中液滴半徑R＝d/2,δ_Z為中間變量，因該沖擊力F_impact豎直向下，所以豎直方向微血管受力P_V＝F_impact，水平方向微血管受力P_H＝0；

步驟(2)、根據步驟(1)液滴的沖擊力F_impact，計算圓形微細血管變形量，由變形量反求出變形前軌跡曲線序列：

2.1設定打印過程中的微細血管簡化成曲梁結構，將整個打印過程沿打印管道圓周方向分為相同長度的分段打印軌跡，設定打印分段參數為N；

2.2計算第i段分段打印軌跡序列，設i的初始值為1，執行完下列步驟2.3～2.9后重新賦予i＝i+1，直至i值大于等于N后執行步驟(3)；

2.3根據整合的受力分析，建立第i段分段打印軌跡的微細血管變形方程組(3)，其中1≤i≤N：

式中：沖擊力作用下圓弧變形量

a1=C1*C3C4,a2=C2*C3L*C4,a3=C32L2*C4;]]>

C₁＝bh*k₁(δ),C₂＝bh²*k₂(δ),C₃＝bh³*k₃(δ),

k1(δ)=1δln2+δ2-δ,k2(δ)=1δ2(δ-ln2+δ2-δ),k3(δ)=1δ3(ln2+δ2-δ-δ);]]>

其中：

P_V表示打印過程沿豎直方向微血管受力；

P_H表示打印過程沿水平方向微血管受力；

θ表示變形前分段打印軌跡任意點處角度表達；

θ₁表示分段打印軌跡n處力矩分布處角度變化值；

θ₀表示分段打印軌跡n處對應變化前的角度；

x₀表示變形前x方向坐標值表達；

y₀表示變形前y方向坐標值表達；

x表示變形后x方向坐標值表達；

y表示變形后y方向坐標值表達；

u表示分段打印軌跡圓弧上任意點沿X方向變形量；

w表示分段打印軌跡圓弧上任意點沿Y方向變形量；

L表示待打印微小血管的長度；

C₁,C₂,C₃表示橫截面幾何性質以及軸線初始曲率相關的幾何參數；

C₄為中間變量值；

分別表示在離散力矩位置變化處角度的余弦值和正弦值；

ε表示分段打印軌跡角度值；

δ表示打印管道厚度與半徑的比值；

2.4根據方程組(3)中公式計算分段打印軌跡力矩分布值m，在分段打印軌跡上得到n處力矩的有限離散分布，其中n為計算時離散的點的數目；

2.5根據微細血管變形方程組(3)中公式計算分段打印軌跡n處力矩分布處角度變化值θ₁,從而計算這n處對應變化前的角度計算公式為θ₀＝ε-θ₁；

2.6根據微細血管變形方程組(3)中公式計算得到這n處位置變形前的X方向變形量u；

2.7根據微細血管變形方程組(3)中公式計算得到這n處位置變形前的Y方向變形量w；

2.8根據公式x₀＝x-u，y₀＝y-w,得到變形前n個曲線點坐標集合Z；

2.9通過B樣條曲線擬合方程2.8得到的曲線點坐標集合Z，得到角度區間為的變形前曲線curve_i，將其納入集合P；

步驟(3)、按照角度關系由小到大排列曲線集合P中各曲線元素，得到預測微細血管打印軌跡。