[发明专利]一种微细血管管道3D打印路径预测方法

摘要

本发明公开一种微细血管管道3D打印路径预测方法，针对喷墨打印过程中液滴的冲击力，对其冲击造成的变形进行预补偿路径计算，得到理想状态的微细血管。该方法首先简化打印微细管为曲梁，然后构建液滴冲击曲梁引起的变形方程组，包括冲击力计算，参与计算参数标定；对该方程组进行求解，求解时首先计算曲梁力矩分布，根据分布力矩，计算曲梁任意位置角度变化情况，根据曲梁任意角度变化情况，计算变形前曲梁位置改变情况，反推出原未变形时曲梁的形状。由于在打印过程中，打印好部分的管道所受重力和浮力相等，考虑冲击力为主要影响曲梁结构变形能更好反映和适应实时情况，该方法得到的轨迹较好地解决了打印过程中大变形导致的打印失败问题。

主权项

一种微细血管管道3D打印路径预测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、根据设定的打印微细血管参数，计算液滴冲击力Fimpact：所述的打印微细血管参数包括打印管道厚度h，打印管道半径r，打印管道长度值b，打印材料弹性模量E；1.1根据打印管道厚度h，控制打印机输出频率和电压大小，得到相应直径为d的液滴以及液滴的速度b；1.2根据液滴直径d大小，由式(1)计算得到液滴质量：mdrop=ρdrop*43π(d2)3---(1)]]>其中ρdrop为液滴的密度；1.3根据步骤1.2得到的液滴质量mdrop，上述打印材料弹性模量E，由式(2)计算得到液滴产生的冲击力Fimpact：Fimpact=43(d2)(1/2)E*δZ(3/2)---(2)]]>其中液滴半径R＝d/2,δZ为中间变量，因该冲击力Fimpact竖直向下，所以竖直方向微血管受力PV＝Fimpact，水平方向微血管受力PH＝0；步骤(2)、根据步骤(1)液滴的冲击力Fimpact，计算圆形微细血管变形量，由变形量反求出变形前轨迹曲线序列：2.1设定打印过程中的微细血管简化成曲梁结构，将整个打印过程沿打印管道圆周方向分为相同长度的分段打印轨迹，设定打印分段参数为N；2.2计算第i段分段打印轨迹序列，设i的初始值为1，执行完下列步骤2.3～2.9后重新赋予i＝i+1，直至i值大于等于N后执行步骤(3)；2.3根据整合的受力分析，建立第i段分段打印轨迹的微细血管变形方程组(3)，其中1≤i≤N：式中：冲击力作用下圆弧变形量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：PV表示打印过程沿竖直方向微血管受力；PH表示打印过程沿水平方向微血管受力；θ表示变形前分段打印轨迹任意点处角度表达；θ1表示分段打印轨迹n处力矩分布处角度变化值；θ0表示分段打印轨迹n处对应变化前的角度；x0表示变形前x方向坐标值表达；y0表示变形前y方向坐标值表达；x表示变形后x方向坐标值表达；y表示变形后y方向坐标值表达；u表示分段打印轨迹圆弧上任意点沿X方向变形量；w表示分段打印轨迹圆弧上任意点沿Y方向变形量；L表示待打印微小血管的长度；C1,C2,C3表示横截面几何性质以及轴线初始曲率相关的几何参数；C4为中间变量值；分别表示在离散力矩位置变化处角度的余弦值和正弦值；ε表示分段打印轨迹角度值；δ表示打印管道厚度与半径的比值；2.4根据方程组(3)中公式计算分段打印轨迹力矩分布值m，在分段打印轨迹上得到n处力矩的有限离散分布，其中n为计算时离散的点的数目；2.5根据微细血管变形方程组(3)中公式计算分段打印轨迹n处力矩分布处角度变化值θ1,从而计算这n处对应变化前的角度计算公式为θ0＝ε‑θ1；2.6根据微细血管变形方程组(3)中公式计算得到这n处位置变形前的X方向变形量u；2.7根据微细血管变形方程组(3)中公式计算得到这n处位置变形前的Y方向变形量w；2.8根据公式x0＝x‑u，y0＝y‑w,得到变形前n个曲线点坐标集合Z；2.9通过B样条曲线拟合方程2.8得到的曲线点坐标集合Z，得到角度区间为的变形前曲线curvei，将其纳入集合P；步骤(3)、按照角度关系由小到大排列曲线集合P中各曲线元素，得到预测微细血管打印轨迹。