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喷墨式生物3D打印核心要素

更新时间: 2025-01-02 10:00:51  查看次数: 183    
高速相机拍的部分试验照片,从左到右,施加的脉宽数值是逐渐增加的。上面的图是在不同脉宽、相同时间拍的液滴位置。能明显看出来,脉宽刚开始增加的时候,液滴跑得越来越远。脉宽到一定数值后,液滴位置变化就不大了。下面的图是放大的液滴图片,能看到随着脉宽增加,液滴直径也越来越大。脉宽增大到一定数值后,液滴直径增加就不明显了。
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脉宽比较小的时候,墨水根本从喷嘴喷不出来,只是在喷嘴口周期性地动来动去;当脉宽增加到 0.25ms 后,喷嘴口就有液滴喷出来了,液滴的直径和速度随着脉宽增加而增加,在 0.25ms 到 0.5ms 这个范围里,脉宽和液滴的直径、速度有明显的线性关系。主要原因是压电陶瓷在收缩位置呆的时间短,液滴还没完全从原来的液体里脱离出来,压电陶瓷快速舒张就会提前把液滴拉断,这样液滴体积就变小了。从图表能明显看出来,随着脉宽增加,压电陶瓷管收缩的停留时间变长,扩张的时间往后推迟,这样喷出来的液滴体积就增加了;当脉宽增加到 0.5ms 以后,因为压电陶瓷管还保持舒张状态,液滴已经完全脱离原来的液体了,所以脉宽对挤出来的液滴体积影响就小了。速度方面,当脉宽值小的时候,液滴和原来的液体有很大一部分连着,这时候压电陶瓷舒张会强行把液滴拉断,这个过程会让液滴速度大幅减弱;脉宽逐渐增加,液滴和原来液体连着的部分随着时间减少,这时候压电陶瓷舒张把液滴拉断对液滴速度的影响就变小了;当液滴完全脱离原来的液体时,压电陶瓷舒张的时刻对液滴下落速度影响就很小了。脉宽和速度、直径都有明显的线性关系。而脉宽在 0.5ms 之后,液滴的直径和速度就趋于稳定了。所以说,通过脉宽可以很精确地控制液滴下落速度和直径大小,也能把直径和速度保持在稳定的范围里。
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气压调节这方面,主要是调节调压阀旋钮,这样就能改变供料瓶里面的气压,从而把瓶里的溶胶送到喷头里面去。在试验中,我们调节不同的气压值,用 USB 相机看看喷嘴那里的状态。打印材料选的是浓度为 5%的 Gelatin 溶胶,用直径 400μm 的喷嘴、驱动电压 80V、脉宽 1ms 这些参数来做喷墨试验。用双 PID 温度反馈系统,对喷头和温控平台进行温度调节。把喷头温度设成 37℃,参照第三章得到的数据,调节上盖和底板的温度,慢慢降低温控平台里面气体的温度,同时用高速摄像机观察液滴的粘接状态。还有培养基的制备、细胞复苏、细胞传代、GelMA 溶胶的制备这些过程也都有涉及。 

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