含微通道网络的再生支架3D打印成形工艺和系统及试验研究

3D打印技术在构建个性化的人工组织和器官方面具有独特优势和发展潜力,然而目前在构建具有优良代谢性能的人工组织方面也还存在很多技术壁垒。在秉承3D打印技术优势基础上,综合考虑生物材料的反应成形特性,提出一种能够直接成形微尺度中空纤维,再三维叠层制造,从而直接获得内含微通道网络的再生支架的3D打印成形工艺;基于管材无模拉伸理论,定量分析微尺度中空纤维在被三维搭接过程中的拉伸变形,为工艺优化和参数调控奠定了理论基础;在给出相应成形系统的关键组成和技术要点基础上,进行了三维再生支架的制备试验及性能测试与分析。试验结果表明,提出的工艺及系统存在巨大的应用潜力,为有效解决人工再生组织血管化问题提供了一种全新的技术途径。     

基于多喷头生物3D打印系统的管腔型结构构建

基于多喷头生物3D打印系统和溶芯支撑法,运用超低温打印技术,以胶原为管壁材料,水凝胶F127为溶芯材料构建复合管腔结构,经过京尼平溶液交联及冻干处理后将支架浸泡在1℃的去离子水中以去除溶芯材料,从而获得胶原管腔支架结构;同时探究了以明胶/海藻酸钠为管壁结构,明胶材料为溶芯的管结构制备技术,实验证明明胶作为溶芯材料制备管结构的可行性。制备出了具有较好结构及力学性能的胶原和明胶/海藻酸钠管腔支架结构。该多喷头生物3D打印系统以溶芯工艺的方法,在构建管腔型生物结构方面具有很好的效果,为临床及再生医学提供了重要的制造工艺基础。     

生物3D打印技术的新研究进展

离体构建生物组织和器官一直以来都是医学界和工程界共同面临的重要难题.由于三维组织结构成型复杂、微环境控制难度大、商业应用下的生产效率和可重复性等因素限制,传统制造方法很难实现生物组织和器官的有效构建.医学模型和生物相容性支架打印技术已发展较为成熟,但相对固定的加工工艺限制了其在活性生物材料打印领域的拓展;4D生物打印技术的概念提出较晚,重点在于产品的可编程性变形,但有关响应性材料的研究仍然较少.采用生物活性物质和生物兼容性材料作为打印墨水的生物3D打印技术,在复杂内部型腔和外部结构的构建方面优势凸显,可以实现器官组织的个性化定制,并高效生成三维活性构建体,在组织工程中的应用潜力巨大.着眼于生物3D打印中关键技术的发展态势,重点分析面向不同器官组织和功能性支架的生物3D打印机理及应用现状,并探讨其在发展过程中需要面临的挑战和仍需注重解决的问题,希望能为后续生物3D打印技术研究工作的大规模推进提供参考.     

基于增量制造的再生骨支架制备路径规划方法

基于增量制造的再生骨支架制备方法在生物制造领域表现出巨大应用潜力,也越来越受到重视,其中制造路径规划方法直接影响到制备的支架的结构特点,在很大程度上决定了后期支架的细胞培养以及组织修复效果。目前典型的面向工业以及民用领域的增量制造工艺的路径规划方法不能完全适用于骨支架的制备,无法获得能够有效模拟细胞外基质结构特征的三维贯通结构。针对这一问题,提出一种面向生物增量挤出成形技术的再生骨支架制备路径规划方法,将材料成形过程中出现的尺寸变形的补偿融入到路径规划方法的设计中,能有效满足骨支架制备时对复杂外轮廓和梯度孔隙结构的需求。在此基础上,给出再生骨支架增量挤出成形系统的软件系统架构,实现方法及结果,并通过支架成形试验验证支架的性能,研究成果对自主开发生物增量制造装备具有重要价值和意义。     

糊状食材3D打印工艺参数对成形形貌的影响研究

3D打印工艺参数是影响成形形貌的关键因素,研究食品3D打印工艺参数与成形形貌的关系对实现高效、稳定成形具有重要意义。依托自主研发食品3D打印装置,以糊状食材为打印原料,通过气压挤出系统可对食品打印成形实现实时准确控制。通过实验,研究可可粉等食品打印原料的打印速度、喷嘴出口与基板成形区距离等工艺参数对食品成形形貌的影响。进一步研究多层成形打印策略调整,优化工艺参数后,实验结果表明多层成形宽度和高度精度分别提升66.1%和13.0%。开展的相关研究及扩展成果,对以后食品3D打印技术的深入研究具有一定的参考意义。     

人工生物活性骨骼的快速制造方法研究

从人造骨骼整体制造的角度出发,将骨骼结构、材料合成、生物活性等因素综合考虑,提出了基于分层制造的人造骨生物活性复合成形的设想①定制的骨骼的外形与微观组织的CAD建模;②快速加工具有骨骼的内外结构的托架;③复合上生物因子和细胞;注入自凝固羟基磷灰石。从制造工艺上将宏观和微观CAD与成形、材料合成、骨生长因子复合3个过程集成化,以满足骨骼成形的个体适配、快速、生物降解等要求。     

可拉伸柔性电路的原位封装3D打印工艺

可拉伸柔性电路是可拉伸柔性电子关键组成部分。金属铜导线具有良好的电学性能、力学性能、导热性等,在电子行业中应用广泛。但是,常规印刷成形的铜基电路不可拉伸,无法直接用于柔性电子。为此,基于电路结构的柔性化设计和3D打印加工技术,提出一种可拉伸柔性金属导线电路的原位封装3D打印技术,实现可拉伸金属导线及其封装层的同轴打印成形,将其嵌入到打印的柔性封装膜内,最终完成可拉伸柔性电路的一体化加工。设计了可拉伸变形的金属导线原位封装结构,开发了可用于原位封装打印的喷头结构,研究了原位封装3D打印工艺,在此基础上对柔性电路的拉伸性能进行了研究。发展了一种多材料多功能结构的一体化3D打印技术,探索了该技术在可拉伸柔性电路加工中的应用,为柔性电子的设计与加工提供了新思路。     

GelMA复合凝胶的挤出式3D打印工艺及其性能研究

甲基丙烯酸酐明胶(Methacrylatedgelatin,Gel MA)是具有光敏官能团的改性明胶,有良好的生物相容性,广泛用于构建皮肤、神经等软组织支架。然而,光照交联单一成分的GelMA,其力学性能和结构维持性较差,难以通过挤出3D打印成形生物支架。提出一种适用于挤出式打印且力学性能增强的GelMA复合凝胶,其主要成分为GelMA、明胶和海藻酸钠。黏度测试试验筛选出适合挤出3D打印的复合材料配比,3D打印工艺试验研究和分析了打印气压、喷头移动速度、喷头高度、光照条件对挤出连续性和微丝直径的影响。当喷头内径为200μm时,GelMA复合凝胶实现顺畅出丝(φ293～1211μm)的条件为气压在0.05～0.25 MPa,打印速度为1～15 mm/s,喷头高度为200～600μm,光照强度为70～272.56 mW/cm~2。拉伸试验表明光照交联后,复合凝胶较之同浓度Gel MA(5%,w/v)的弹性模量提高近1倍,伸长率保持一致。细胞培养试验显示GelMA复合凝胶具有良好的生物相容性,包埋在其内部的人真皮成纤维细胞培养至第7天时存活率达85%。     

桌面型车-3D打印复合数控机床的设计与构建

针对微小复杂的回转体零部件,借助三维建模软件,设计和构建了桌面型车-3D打印复合机床的机械部分,并基于Arduino开源软硬件系统,以个人计算机为平台构建了低成本的控制系统,开发出了一台完整的桌面型车-3D打印复合机床。最后进行了整机运行调试,证实了所开发设备的加工有效性。     

聚乳酸材料在桌面型3D打印中的应用研究

针对聚乳酸材料的桌面3D打印应用工艺问题,对聚乳酸材料的桌面型3D打印应用进行了研究,阐述了聚乳酸材料桌面型3D打印的过程,对比了不同层厚设置对加工时间及精度的影响,提出了精度、时间及常用的3种模式下3D打印成型工艺规律表。通过利用工艺表,完成了部分几何难度各异的产品3D打印。针对聚乳酸材料性能的缺陷,归纳了目前常用的改性方法,指出了复合技术简单易行,能有效地提高聚乳酸力学性能并改善其耐热性。研究结果表明,所提出的工艺参数表能有效指导聚乳酸材料的桌面3D打印应用,复合技术是可靠的聚乳酸材料改性方法。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

基于多目标非支配解提取法的电力系统无功优化

针对传统的电力系统多目标粒子群优化算法采用权重系数法将多目标转化为单目标,从而忽视了各目标函数间的竞争关系这一问题,提出将非支配解提取法运用到电力系统多目标无功优化中,并设定了一套提取规则,以电力系统中的有功网损、电压偏差和电压稳定裕度为目标,使目标在充分竞争的情况下得出Pareto最优解,利用IEEE-14节点系统对多目标非支配解提取法的电力系统无功优化进行了仿真测试。研究结果表明,该算法一次运行可以得出多组非支配解,既有偏向单个目标的解也有兼顾所有目标的解,克服了权重系数法的盲目性和单一性,可使电力决策者根据实际问题选择最优解,具有较好的灵活性与多样性。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection method and comparison in acoustic communication

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection algorithm and multi-user detector was proposed to solve the problem of multi-user signal detection problem encountered in underwater acoustic communication networks.In simulation analysis,RLS and the LMS blind adaptive multi-user detector were designed and tested for synchronous and asynchronous multi-user communication process.The results of SIR comparison and MMSE comparison show that,both of the two methods can realize blind adaptive detection when any user change in multi-user communication,during this process,the training communication sequences are not needed.The RLS algorithm has about 5 dB higher in SIR compared with LMS algorithm,and the convergence velocity of RLS algorithm is also higher than LMS algorithm when the communication users change.RLS algorithm has better ability in multi-user detection than that of LMS algorithm,and it has great attraction and guiding significance for solving the problem of multiple access interference(MAI) in multi-user communication.     

Robust Impedance Control of Robots Using an Adaptive Interaction Force Observer

For robot interaction control,the interaction force between the robot and the manipulated object or environment should be monitored.Impedance control is a type ...     

Research on key techniques of expendable conductivity temperature depth measuring system

This paper analysis the developing of expendable conductivity temperature depth measuring system(XCTD)and introduce its principle of measuring about temperature,salinity and depth of ocean.Some key techniques are put forward.According to the real needs of XCTD,conductivity sensor with high sensitivity is designed by principle of electromagnetic induce,the ocean conductivity from induced electromotive force has been calculated.Adding temperature correction circuit would help to reduce error of conductivity measurement because of sharply changing temperature.Advanced temperature measuring circuit of high precision and the constant current source is used to weaken effect of self-heating of resistance and fluctuation of the source.On respect of remote data transmission,LVDS is a good choice for the purpose of guarantee the quality of data transmitted and the transmission distance is reaching to thousand meters in the seawater.Modular programming method is also brought into this research aimed at improve the stability,reliability and maintainability of the whole measuring system.In February,2015,the trials in South China Sea demonstrate that the developed XCTD realize effective measurement at a speed of 6 knots and detection depth at 800 m.The consistency coefficient of the acquired data is greater than 0.99 and the success rate of probe launching is above 90%.