本發(fā)明涉及曲面仿生結(jié)構(gòu)制造，尤其涉及一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法。
背景技術(shù)：
1、人體包含很多曲面組織，其中包括氣管、血管、尿道、心臟瓣膜等，當(dāng)人體曲面組織出現(xiàn)狹窄或惡性腫瘤等情況時(shí)，將病患處進(jìn)行組織替代是一種有效的解決方案。目前可選擇的曲面組織替代物的來(lái)源主要為自體、同種異體、組織工程支架等。自體曲面組織替代將造成供區(qū)損傷，并且一些組織不具有自體可替代性。同種異體曲面組織替代可能出現(xiàn)免疫排斥與疾病傳染的風(fēng)險(xiǎn)。而組織工程支架也稱(chēng)作仿生支架，可構(gòu)建具有特定形態(tài)的組織工程曲面結(jié)構(gòu)，是組織替代的新思路。
2、仿生支架的傳統(tǒng)構(gòu)建方法包括相分離法、冷凍法、致孔劑析孔法和層疊法等。但這些方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿生支架的外形仿生，更重要的是無(wú)法保證所構(gòu)建的仿生支架的力學(xué)性能，也無(wú)法保證構(gòu)建復(fù)雜的仿生支架結(jié)構(gòu)。
3、因此，亟需提供一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，保證所構(gòu)建的仿生支架的力學(xué)性能以及保證復(fù)雜仿生支架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，包括以下步驟：
4、s1、制備仿生支架所對(duì)應(yīng)的芯體外層；具體包括以下步驟：
5、s101、獲取待替代曲面結(jié)構(gòu)的影像文件數(shù)據(jù)；
6、s102、使用醫(yī)療重建軟件對(duì)s101步驟獲取的影像文件進(jìn)行模型重建，獲取待替代曲面結(jié)構(gòu)真實(shí)曲面曲率的三維模型信息；
7、s103、使用三角面片優(yōu)化軟件對(duì)s102步驟獲取的三維模型信息進(jìn)行去除噪音、法相修復(fù)、封裝操作，獲取結(jié)構(gòu)模型；
8、s104、將s103獲取的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入逆向重建軟件中，進(jìn)行芯體外層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
9、s105、制造出設(shè)計(jì)后的芯體外層；
10、s2、將s1制備的芯體外層放置在旋轉(zhuǎn)軸平臺(tái)上，通過(guò)使用3d打印裝置和旋轉(zhuǎn)軸平臺(tái)，完成待替代曲面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的仿生支架的制備。
11、進(jìn)一步地，s103步驟所述的結(jié)構(gòu)模型包括待替代曲面結(jié)構(gòu)以及其延伸部分結(jié)構(gòu)；
12、s104具體包括以下步驟：
13、s1041、在逆向重建軟件中，根據(jù)待替代曲面結(jié)構(gòu)相鄰部分的曲面結(jié)構(gòu)的曲面曲率進(jìn)行擬合、設(shè)計(jì)，得到與待替代曲面結(jié)構(gòu)相鄰部分的曲面結(jié)構(gòu)相匹配的數(shù)字模型，該數(shù)字模型為芯體外層的宏觀尺寸；
14、s1042、通過(guò)在數(shù)字模型外表面設(shè)置晶格單元，進(jìn)行芯體外層紋理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
15、更進(jìn)一步地，s1042具體通過(guò)下述表示：
16、(1)設(shè)定晶格單元的類(lèi)型，至少包括三角形、方形、蜂窩形、菱形；
17、(2)設(shè)定晶格單元的大小，設(shè)定晶格單元都具有內(nèi)切圓特征，通過(guò)內(nèi)切圓的直徑設(shè)定晶格單元的大小，包括以下幾種情況：
18、1)內(nèi)切圓直徑大于等于0μm且小于100μm；
19、2)內(nèi)切圓直徑大于等于100μm且小于500μm；
20、3)內(nèi)切圓直徑大于等于500μm且小于1000μm；
21、4)內(nèi)切圓直徑大于等于1000μm且小于1500μm；
22、5)內(nèi)切圓直徑大于等于1500μm；
23、(3)設(shè)定晶格單元的間距，具體包括以下幾種情況：
24、1)間距大于0mm且小于等于0.1mm；
25、2)間距大于0.1mm且小于等于2mm；
26、3)間距大于2mm且小于等于5mm；
27、4)間距大于5mm；
28、(4)設(shè)定晶格單元的立體形態(tài)、表面形態(tài)，包括以下幾種情況：
29、1)全部晶格單元為凸起形態(tài)，表面形態(tài)設(shè)置為圓角或銳角；
30、2)全部晶格單元為凹陷形態(tài)，表面形態(tài)設(shè)置為圓角或銳角；
31、3)晶格單元進(jìn)行凸起形態(tài)、凹陷形態(tài)交替設(shè)置，表面形態(tài)設(shè)置為圓角或銳角；
32、(5)設(shè)定晶格單元的高度或深度，當(dāng)晶格單元為凸起形態(tài)時(shí)設(shè)定其高度，當(dāng)晶格單元為凹陷形態(tài)時(shí)，設(shè)定其深度。
33、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)軸平臺(tái)包括電機(jī)組件和旋轉(zhuǎn)軸芯棒，所述電機(jī)組件包括第一電機(jī)、第二外殼和第二電機(jī)；所述第一電機(jī)輸出端連接所述第二外殼，所述第二電機(jī)安裝在所述第二外殼內(nèi)部，所述第二電機(jī)輸出端連接所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒，所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒外壁套設(shè)所述芯體外層。
34、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部安裝有溫控器，所述溫控器包括第一溫控器和第二溫控器，所述第一溫控器在高溫溫控模式下安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部，所述第二溫控器在低溫溫控模式下安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部。
35、進(jìn)一步地，所述第一溫控器采用單頭加熱管。
36、進(jìn)一步地，所述第二溫控器包括緊固件、冷媒管、散熱片和超導(dǎo)柱，所述冷媒管端部安裝在所述緊固件上，所述冷媒管內(nèi)部設(shè)有冷媒通道，所述冷媒管外壁套設(shè)有所述散熱片，所述散熱片外部套設(shè)所述超導(dǎo)柱。
37、進(jìn)一步地，所述第一溫控器的溫控范圍是25～500℃；所述第二控溫器的溫控范圍是-40～25℃；所述第一溫控器、所述第二溫控器的溫控精度都是±0.1℃。
38、進(jìn)一步地，s2具體包括以下步驟：
39、s201、將芯體外層放置在旋轉(zhuǎn)軸芯棒外部，使打印裝置的噴頭對(duì)準(zhǔn)芯體外層；
40、s202、啟動(dòng)第一電機(jī)，根據(jù)所制備的仿生支架的外部具體形態(tài)，改變芯體外層與地面的角度，或單獨(dú)啟動(dòng)第二電機(jī)使芯體外層以其自身軸線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，或同時(shí)啟動(dòng)第二電機(jī)使芯體外層以其自身軸線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
41、進(jìn)一步地，所述芯體外層的制造成型工藝包括減材工藝、切削加工、增材制造工藝、dlp光固化成型技術(shù)、lcd結(jié)構(gòu)光成型技術(shù)、sla、slm。
42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
43、(1)本發(fā)明根據(jù)所需替代的曲面結(jié)構(gòu)，在對(duì)應(yīng)的芯體外層制備過(guò)程中，通過(guò)逆向建模軟件，得到與待替代曲面結(jié)構(gòu)外形輪廓相同的宏觀外形，即為芯體外層，再通過(guò)設(shè)定芯體外層外表面的晶格單元，從而控制所制備的仿生支架的粗糙度和孔隙率，有助于調(diào)控仿生支架的力學(xué)性能，同時(shí)也能保證復(fù)雜仿生支架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
44、(2)本發(fā)明根據(jù)需要打印的仿生支架的形狀，啟動(dòng)第一電機(jī)實(shí)現(xiàn)芯體外層與地面角度的改變，或啟動(dòng)第二電機(jī)實(shí)現(xiàn)芯體外層以其自身軸線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，或同時(shí)啟動(dòng)第一電機(jī)、第二電機(jī)，宏觀上，增加打印軌跡，實(shí)現(xiàn)芯體外層在打印仿生支架時(shí)具有多自由度，微觀上，還具有定向調(diào)控仿生支架力學(xué)強(qiáng)度的效果，進(jìn)而可以形成多樣的曲面形態(tài)。
1.一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，s103步驟所述的結(jié)構(gòu)模型包括待替代曲面結(jié)構(gòu)以及其延伸部分結(jié)構(gòu)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，s1042具體通過(guò)下述表示：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸平臺(tái)包括電機(jī)組件和旋轉(zhuǎn)軸芯棒，所述電機(jī)組件包括第一電機(jī)、第二外殼和第二電機(jī)；所述第一電機(jī)輸出端連接所述第二外殼，所述第二電機(jī)安裝在所述第二外殼內(nèi)部，所述第二電機(jī)輸出端連接所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒，所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒外壁套設(shè)所述芯體外層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部安裝有溫控器，所述溫控器包括第一溫控器和第二溫控器，所述第一溫控器在高溫溫控模式下安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部，所述第二溫控器在低溫溫控模式下安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸芯棒內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述第一溫控器采用單頭加熱管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述第二溫控器包括緊固件、冷媒管、散熱片和超導(dǎo)柱，所述冷媒管端部安裝在所述緊固件上，所述冷媒管內(nèi)部設(shè)有冷媒通道，所述冷媒管外壁套設(shè)有所述散熱片，所述散熱片外部套設(shè)所述超導(dǎo)柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述第一溫控器的溫控范圍是25～500℃；所述第二控溫器的溫控范圍是-40～25℃；所述第一溫控器、所述第二溫控器的溫控精度都是±0.1℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，s2具體包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的仿生支架制備方法，其特征在于，所述芯體外層的制造成型工藝包括減材工藝、切削加工、增材制造工藝、dlp光固化成型技術(shù)、lcd結(jié)構(gòu)光成型技術(shù)、sla、slm。