[发明专利]一种挤出式生物3D打印几何缺陷的评价方法及系统

说明书

本发明公开了一种挤出式生物3D打印几何缺陷的评价方法及系统。方法包括：S1、设计一单层微丝走向，并基于单层微丝走向采用挤出式生物3D打印机打印出具有设定高度的多层相同走向的微丝；S2、在多层微丝的X、Y、Z三个方向分别任意取n个位置测量，得到每个位置微丝的长宽高均值和样本标准差SDsubgt;X/subgt;，SDsubgt;Y/subgt;，SDsubgt;Z/subgt;，以及微丝间的角度均值和样本标准差SDsubgt;α/subgt;；S3、计算每个位置初始时刻的Psubgt;t＝0/subgt;值及其模值|Psubgt;t＝0/subgt;|；S4、根据模值|Psubgt;t＝0/subgt;|和Psubgt;t＝0/subgt;值判断综合打印精度，根据实际需求选择合适的打印参数；S5、判断打印完成后静置λ小时后的打印精度变化程度Csubgt;λ/subgt;：S6、基于步骤S3中的Psubgt;t＝0/subgt;值和模值|Psubgt;t＝0/subgt;|计算公式以及步骤S5中的打印精度变化层度Csubgt;λ/subgt;计算公式判断任意时刻、任何打印参数和任何材料的打印结构精度。本发明可以在打印复杂模型前使用较少的材料得到较优的参数。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，更具体地说，特别涉及一种挤出式生物3D打印几何缺陷的评价方法及系统。

背景技术

随着科技水平提升与再生医学发展，体外构建组织器官模型以替代或修复病变组织的功能成为一个研究热点。由于三维组织结构复杂、微环境控制难度大等因素限制，传统加工方式难以实现各种不规则生物组织或器官的有效构建。生物3D打印技术的出现为克服这些难题带来了希望。根据成型原理与打印材料不同，生物3D打印技术可分为挤出式、喷墨式、光固化等。相比其他生物打印技术，挤出式生物打印因材料适用范围广泛、价格低廉、可打印复杂结构等独特优势引起科研人员极大的研究兴趣。挤出式生物打印又称为墨水直写，通过连续挤出力将生物墨水从容器中挤出到平台上堆叠成三维结构。

用于生物3D打印的材料属于软体材料(例如黏剂、水凝胶等等)，如何使这些软材料打印出具有高精度的打印结构是体外构建组织器官的核心问题。其中，打印精度是指打印结构在长度、高度、宽度方面与原始CAD模型的大小和空间位置的匹配程度，当设定的打印参数、材料配置等方面不合理的时候，打印完成的结构可能会出现分辨率低，结构粗糙，产生塌陷行为等问题。然而，目前针对挤出式生物3D打印方式所形成结构的打印精度测量研究较少或者不够完善。因此，目前要做的工作就是：以打印的简单模型，提出一种综合考虑打印结构分辨率和形状保真度(包括粗糙度、塌陷度、微丝间角度等)的综合评价方法，用于评价打印结构在不同时段的所有几何缺陷情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种挤出式生物3D打印几何缺陷的评价方法及系统，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种挤出式生物3D打印几何缺陷的评价方法，包括以下步骤：

S1、设计一单层微丝走向，并基于所述单层微丝走向采用挤出式生物3D打印机打印出具有设定高度的多层相同走向的微丝；

S2、设定打印完成时刻为初始时刻，在多层微丝的X、Y、Z三个方向分别任意取n个位置测量，得到每个位置微丝的长宽高均值和样本标准差SD_X，SD_Y，SD_Z，以及微丝间的角度均值和样本标准差SD_α；

S3、将步骤S2中的得到的各项数据代入以下公式计算初始时刻(t＝0)的P_t＝0值及其模值|P_t＝0|：

其中，i,j,k,l,m,q,u,v为两两互不相干的空间正交基向量。