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研究生: 楊上逸
Shang-Yi Yang
論文名稱: 可換噴頭多材料3D生物列印機台之開發
The Development of Multi-Material 3D Bioprinter via Changeable Printheads
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 謝明佑
Ming-You Shie
蔡明忠
Ming-Jong Tsai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 3D生物列印機台可擴充性噴頭模組多材料生物列印
外文關鍵詞: 3D Bioprinter, extensibility printhead module, multi-material bioprinting
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近年來,3D生物列印技術廣泛被許多公司商業化,現有市售機台以擠製型3D生物列印機台為大宗,其多為固定噴頭類型之方式,如需進行更改噴頭類型則須在列印前進行替換與校正之動作,而多數機台在列印進行中無法進行邊列印邊更換噴頭/材料,因此限制了列印材料組合之可能性。因此,本研究擬自行開發具選擇性及操作便利性之多材料列印噴頭模組,進而開發3D生物複合列印系統。
現階段本研究設計之機台具備可在單一列印過程中最多可擠製列印四種不同的生物材料,而四組列印噴頭模組之工作流體皆因氣壓源的過濾相較其他驅動方式較為容易,故採用氣壓作為驅動方式,又其中一組列印噴頭具有光源固化模組以固化含有光起始劑之生物材料。本研究將用於FDM切層軟體與CNC控制器進行整合,以便於相關使用人員能依需求進行設計圖樣及方便列印。又本研究機台最具特色的是,即四組列印噴頭模組可依日後需求進行擴充列印噴頭之種類,其列印材料與列印噴頭皆可依不同需求進行選擇搭配。此外,本研究之機台將導入常見之生物材料進行列印噴頭模組列印測試,以印證設計之機構可順利將材料進行堆疊。


3D Bioprinting Technique has been widely commercialized by many companies in recent years. The present 3D bioprinter is based on Extrusion-based Bioprinting Technique for most, which are mostly fixed printhead types that must be replaced and corrected before printing if needed. However, most of the bioprinters are unable to perform printing and replacement of the printheads/materials during printing, thus limiting the possibility of printing material combinations. Therefore, this study intends to develop multi-material pr inthead module with selectively and ease of operation, and then develop a 3D composite bioprinting system.
At present stage, the bioprinter designed in this study has the ability to bioprint up to four different biomaterials in a single printing process, while the air pressure is used as the working fluid of the bioprinter. One of the printhead has a light source curing module to cure the biomaterial containing the photoinitiator. This study integrate the FDM slicing software with the CNC controller, so that the users can design pattern and facilitate printing according to their needs. The most distinctive feature of bioprinter in this study is that the four sets of printhead modules can expand the type of printhead according to the needs of future. Also, the printing materials and printheads can be selected and matched according to different needs. In addition, the bioprinter of this study will introduce common biological materials for printhead module printing test, in order to verify that the design of the mechanism can smoothly stack the materials.

第一章 緒論 11 1.1 前言 11 1.2 研究動機與目的 12 1.3 研究方法 13 1.4 論文架構 13 第二章 文獻探討 15 2.1 3D生物列印技術(3D BIOPRINTING) 15 2.1.1 擠製型3D生物列印成型技術(Extrusion-based Bioprinting Technique) 20 2.1.2 噴墨型3D生物列印成型技術(Inkjet-based Bioprinting Technique) 22 2.1.3 雷射型3D生物列印成型技術(Laser-based Bioprinting Technique) 23 2.2 目前市面擠製型3D生物列印機種介紹 25 2.2.1 常見擠製型3D生物列印機 25 2.2.2 特殊擠製型3D生物列印機 36 第三章 機台系統架構 39 3.1 機台硬體架構 42 3.1.1 XYZ軸向模組 43 3.1.2 快速更換噴頭模組 44 3.1.3 生物列印噴頭模組 46 3.1.4 光源固化列印噴頭模組 51 3.1.5 多噴頭存放模組 55 3.1.6 列印平台模組 59 3.1.7 水平度與高度調整模組 68 3.1.8 氣壓零件 70 3.2 機台軟體架構 75 3.2.1 切層軟體 75 3.2.2 生物列印控制軟體 79 3.2.3 推料系統 81 3.2.4 人機控制器介紹 83 第四章 機台功能與列印測試 90 4.1 理論壓力值計算及黏度測試 91 4.2 加熱性列印測試 95 4.2.1 材料介紹 95 4.2.2 加熱功能溫度分佈 97 4.2.3 支架設計 99 4.2.4 理論氣壓壓力值計算 101 4.2.5 列印參數 102 4.2.6 列印精度 105 4.3 光固化性列印測試 106 4.3.1 材料介紹 107 4.3.2 光源強度測試 109 4.3.3 支架設計 112 4.3.4 理論氣壓壓力值計算 113 4.3.5 列印參數 114 4.3.6 列印精度 116 4.4 雙材料列印測試 117 4.5 機台功能及特色 119 第五章 結論與未來研究方向 122 5.1 結論 122 5.2 未來研究方向 123

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無法下載圖示 全文公開日期 2023/08/28 (校內網路)
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