激光快速成型系统的误差分析与校正

为进一步完善激光快速成型工艺,并提高快速成型技术的制造精度,对立体成型技术中广泛使用的振镜扫描系统进行了理论分析,提出并实践了一种新的校正算法.该算法用理论数据与激光束在相应点的实际数据进行比对,制成校正表,按插值算法校正实际的枕形畸变及其它误差.这种算法适用于使用振镜实现二维扫描的系统,能对应用这种原理工作的激光成型设备进行现场校正,并且能完全满足规定精度.     

刀具磨损监测的双向切削力相干函数法

目前,刀具磨损的实时监测已成为自动化加工中急待解决的最重要问题之一。本文就此提出一种新的实时监测方法——双向切削力相干函数法。该法在可靠性、灵敏性及抗切削条件干扰等方面均比以往提出的切削力方法有较大的进步。文中对该法有效性的理论基础进行了讨论,并给出了实验论证结果。     

残肢与接受腔的三维有限元动态分析

以小腿残肢为研究对象，建立了残肢与接受腔三维有限元模型．根据行走过程中残肢与接受腔的动态边界条件，对残肢在一个步态周期内的5个典型步态时相进行了动态受力分析．结果表明，残肢的受力主要分布在髌韧带、胫骨内突、胫骨前脊、胫骨远端、腓骨头及腓骨远端．有限元动态分析较精确地分析了残肢在行走中的受力情况，克服了静态分析不能模拟残肢随步态变化的受力情况的局限性，为假肢接受腔的优化提供了科学的设计依据．     

肝组织工程支架的微制造工艺

通过模拟自然肝脏的内部微结构，对肝组织工程支架进行仿生设计，构建了有利于人工肝向自然肝转化的肝支架孔洞与管道系统．结合光固化和微压印工艺制造了肝支架的硅橡胶模具，通过微复型工艺成型出生物可降解的壳聚糖／明胶复合肝支架．实验表明，普通光固化和掩膜光固化工艺可以实现最小尺度为200μm的微结构制造，精密光固化工艺不仅可以在同一模具上制造出具有良好复型精度和边缘特征的肝细胞孔洞（200-300μm）和血管管道（100-200μm），而且还可以制造出具有半通透功能的微管道（13．1～30μm）．因此，提出的微制造方法能成型出复杂的肝组织工程支架系统，可保证多种肝脏细胞的有序分布，并且为组织工程肝脏支架材料微观结构的模拟提供了参考．     

高保真度五步加载纳米压印光刻的研究

从理论上建立了压印光刻工艺中留膜厚度与压印力的关系，为压印预设曲线的建立提供了理论依据。基于液态光敏抗蚀剂在紫外光照射下发生光固化反应这一特性，对固化过程进行了详细的分析，建立了抗蚀剂的固化深度与紫外光曝光量之间的关系。在分析了现有压印工艺存在的问题后，提出了一个全新的压印工艺：高保真度固化压印，即包括特征转移-抗蚀剂减薄-脱模回弹力释放-保压光固化-脱模等压印过程。实验结果表明，高保真度固化压印过程与加载路线能实现复杂图形特征的复制，从而保证了压印图形的保真度，并可保证图形复制的一致性及适度留膜厚度，压印图形的分辨率可达100nm。     

九轴联动叶片双刀铣削刀路平滑算法

针对九轴联动叶片型面双刀对顶铣削方法,为保证加工轨迹的平滑性及双刀具的同步性,提出了一种基于几何约束的刀路平滑算法。首先,分析了九轴联动双刀加工机床中两把刀具的结构约束关系,通过旋转矩阵将切触点处法向矢量转化为表征双刀具姿态的刀轴矢量,并由刀轴矢量计算刀具的前倾角和侧偏角,确定满足双刀铣削要求的前倾角和侧偏角取值范围;然后,由残留高度和弦高误差定义切削宽度和步长对应的参数增量,对叶背、叶盆曲面沿行距方向上相邻切触点间参数增量Δu_(di)、Δu_(bi)和进给方向上相邻切触点间的参数增量Δv_(di)、Δv_(bi)进行等参数化求解;最后,根据叶背和叶盆曲面切削区域的范围设定自定义系数,研究双侧对顶铣削轨迹线的参数匹配算法,形成双刀铣削的刀路平滑算法。对典型汽轮机叶片规划了双刀对铣粗加工轨迹,并进行了加工仿真和实验验证,结果表明,叶片两侧对应加工区域可同时完成加工,且加工表面的轮廓误差满足该工序轮廓误差的公差要求。与考虑切削力抵消规划轨迹的算法相比,该算法的计算效率提高了56%,且在等效切削参数下,加工效率相对单刀提高了约41.5%。     

具有钛框架增强结构人工骨的降解规律

为了解决磷酸钙骨水泥(CPC)复合骨形态发生蛋白(BMP)植入体强度低的缺陷,提出了一种钛框架-CPC-BMP复合结构的人工骨,并通过长达半年的动物实验及后续分析研究其降解规律,得出了这种植入体降解的动力学模型.研究表明,CPC在植入动物体内后,其孔隙率按对数规律递增,靠近植入体表面的孔隙率明显低于其内部的孔隙率,植入体与骨接壤的端部界面因大块降解而呈现出中凸状的推进曲线,钛框架上小孔处的孔隙率明显高于无孔处的孔隙率.钛框架能有效提高植入体的整体强度,同时对CPC的整体降解速度没有明显影响,因此该复合植入体在大段骨修复中具有很高的临床应用价值.这些结论也为设计钛框架的形状提供了实验依据.     

滴头壁面形貌对微颗粒与壁面黏附特性的影响

为了研究在含沙滴灌条件下,灌水器迷宫流道内壁面形貌对灌水器内流动特性以及流道内颗粒-壁面黏附的影响,以详细分析灌水器的堵塞机理,对不同形貌的矩形流道进行了水力性能测试实验,并利用粒子图像测速(PIV)平台对灌水器流道内颗粒-壁面黏附进行可视化实验,结合计算流体动力学的方法对其流场进行了数值仿真计算.研究结果表明:壁面粗糙元(高度为流道水力直径的10%)使得流道的阻力系数显著增大,即在同一工作压力下灌水器的出口流量变小;粗糙元改变了流道内沙粒浓度的分布,且粗糙元附近的沙粒速度较低,粒子与壁面碰撞后更容易黏附壁面,使得灌水器流道更容易堵塞.     

基于正交试验的迷宫流道灌水器参数化设计研究

采用正交试验设计方法，取三角形迷宫流道灌水器的关键参数为因素，利用光固化快速成形技术制作出各参数组合的灌水器与外管一体化结构原型，并进行了灌水器水力性能的试验研究．流量和流态指数的极差和方差分析结果均显示出流道转角对流态指数的影响最显著，而流道单元数对灌水器流量的影响最大，这一结果有助于解决流道经优化后带来的流量增大问题．应用多元线性回归法拟合出灌水器流量系数和流态指数与参数的关系式，进而得到了流量与压力的回归方程．验证试验结果表明，回归方程能较好地预测迷宫流道灌水器流量与压力的关系，从而实现了灌水器参数化的结构设计．     

CT图像的运动伪影校正

为了消除因患者晃动造成的运动伪影及相关误差，提高CT图像的精度，提出了通过A型或U型圆柱管校正器对CT图像的扫描过程进行监测，并通过对图形的反向缩放、平移、旋转和偏移变换，对原始图像的伪影进行校正．研究表明，提出的校正器校正法能够有效地提高CT图像的可靠性和精确性，不仅能消除或减少运动伪影，还能对CT扫描过程中的其他误差及图像处理中的误差加以校正，从而为CT图像的三维重建和定制化植入体的精确制造奠定了基础．