挤出式生物3D打印制造过程的反馈方法

供稿人:赵廷泽 连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

挤出式生物3D打印方法的主要问题是缺乏制造过程的直接控制，这限制了打印结构的准确性和设计复杂性。缺乏过程的直接控制会导致许多缺陷，从而影响所制造结构的外观和功能。因为机器的轴运动不能准确预测材料沉积位置，以及精确制造时需要的对材料挤压过程中的额外感测。

美国伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程系的研究人员们提出了一种循环迭代过程监控系统，该系统可以在材料沉积参考系中进行直接制造过程控制。为了减小零件在制造过程中的尺寸误差，他们将非接触式激光位移扫描仪集成到打印平台中，如图1所示。

图1 直写3D打印机与激光扫描仪

在使用设计的参考轨迹制作完初始打印件之后，激光扫描仪将在零件上移动以测量材料的位置。使用他们自制的图像处理算法将激光扫描仪数据与设计的参考轨迹进行比较，以生成误差向量。为了补偿测得的误差，该算法修改了第二次打印迭代的轴参考轨迹。其过程如图2所示。

图2 图像处理步骤

通过在一个3D打印平台上，研究人员实现了打印过程监控和误差补偿技术的集成，研究结果显示该方法可以改善材料沉积位置。

参考文献：
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.