三维打印同步微层析成像在线监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种三维打印同步微层析成像在线监控系统，涉及三维打印技术领域，以解决现有的三维打印在线监测无法实现成像体积扩大和全纵深成像的技术问题。本实用新型专利技术所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统中，PC机实时在线监控当前打印层的结构，以及累加覆盖粘结打印材料时造成的误差；中心控制模块对打印喷头、三轴移动模块及喷头挂载臂进行控制；样品检测探头与喷头挂载臂同步运动；三维高精度无损成像主机控制样品检测探头完成扫描和成像；样品检测探头配合打印平台或喷头挂载臂沿三轴轴运动，完成一次横向面积和纵向深度扫描，打印喷头继续打印，再次检测，直至结束；PC机将检测的数据重建成三维模型，实现全纵深成像。

Online monitoring system for 3D printing synchronous micro tomography

The utility model discloses a three dimensional printing synchronous micro tomography on-line monitoring system, which relates to the 3D printing technology field, so as to solve the technical problem that the existing three-dimensional printing online monitoring can not achieve the expansion of imaging volume and the full depth imaging. In the on-line monitoring system of three dimensional printing synchronous micro tomography described by the utility model, the PC machine monitors the structure of the current printing layer in real time and the error caused by accumulating and covering the bonded printing material; the central control module controls the printing nozzle, the three axis moving module and the nozzle hanger arm; the sample detection probe and the spray are used. Head mounted arm synchronous motion; 3D high precision non destructive imaging host control sample detection probe complete scanning and imaging; sample detection probe combined with printing platform or sprinkler mounted arm moving along the three axis, complete a transverse area and longitudinal depth scan, print the nozzle to continue to print, retest, until the end; PC machine will check. The measured data are reconstructed into 3D models to achieve full depth imaging.

【技术实现步骤摘要】
三维打印同步微层析成像在线监控系统
本技术涉及三维打印
，特别涉及一种三维打印同步微层析成像在线监控系统。
技术介绍
三维打印基于快速成型分层制造原理，可以将材料/细胞按照设计定位组装形成三维结构，为制造非均质、复杂结构的工业零件、消费制品、医疗器械和组织器官提供了新技术。但是当前的三维打印技术仍然存在许多问题，如产品内部存在的微小气孔，存在未熔化的金属粉末缺陷，面向医疗领域的生物三维打印支架的内部微观结构与设计的一致性。造成这些问题的原因有很多，如三维打印复杂的热过程，材料的不均匀，设备状态参数的不稳定，产品形状结构复杂以及工艺设计等等，例如对于生物三维打印存在的问题，是由于打印材料的形变特性和打印过程的随机误差，导致打印结构的精准性降低和批次差，难以发挥设计对打印制品机械和生物学性能的精准控制优势，不仅直接影响打印制品的几何、机械、流体、细胞活动等特性，也会对打印制品的结构和功能重建带来更大不确定性。这样一个复杂的过程，普通的技术手段很难确保在产品内部不同区域，产品与产品之间以及不同设备生产产品的性能一致性，很难确保工艺的可重复性。工艺可重复性和质量一致性是三维打印技术普及和应用的关键，在医疗领域尤为重要。因此借助先进的科学技术手段，严密监控三维打印过程状态的变化，创建闭环控制系统，实时调节工艺参数是最好的解决方法。在三维打印过程中高分辨、全纵深在线监测打印过程，实时检测打印缺陷，量化反馈调控打印参数，降低打印与设计的偏差，提高打印结构的保真度，对于充分发挥三维打印的结构定制优势至关重要。为实现打印过程在线监测，目前市场上的三维打印装备的监测设备都采用高清摄像方式来监测打印当前层表面的成型效果，提示流涎、断丝等打印缺陷，反馈打印参数调整；此类技术可实时无损检测打印面的形貌特征，但无法探测到打印面之下各层的结构和成型误差，并不能对成型的三维结构内部进行在线检测。在实际三维打印过程中，当前打印层的结构，再覆盖粘结一层或数层打印材料时，其结构会发生改变，尤其对于有较大形变特性和应力的材料，打印层结构的定型会出现明显的滞后性。这就要求三维打印在线监测技术必须具有一定的深度探测成像能力，因此三维高分辨无损成像技术成了优先选择。现有的三维成像技术，如显微计算层析术(micro－computedtomography，micro－CT)、磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)技术、超声弹性成像(Ultrasoundelastography)、光声显微成像(Photoacousticmicroscopy，PAM)等曾用于工业、医疗器械和组织工程的非破坏性成像与检测，但是这些成像技术用于三维打印在线监测仍然存在问题。如micro－CT对于高含水量材料成像对比度过低，且X射线的离子效应会损伤有活性的材料；超声弹性成像分辨率有限，且需要接触成像；MRI分辨率有限，设备庞大，且其工作的超导磁体价格昂贵，使用成本过高；PAM改善了成像深度和分辨率问题，但是PAM的信号依赖于局部光流。这些都不太适合三维打印过程中的在线无损监测。三维光学成像技术，如共焦显微术(ConfocalMicroscopy，CM)、多光子显微技术(Multiphotonmicroscopy，MPM)、光学相干层析技术(opticalcoherencetomography，OCT)，能够无损、非接触、高分辨、纵深成像，具备适合三维打印在线监测的先天优势，但这些三维光学成像技术存在着成像体积有限的问题。如，CM对高散射样品的成像深度在0.1mm－1mm，MPM的成像深度为0.4mm－1.5mm，OCT成像深度在2mm－10mm，且三种技术的横向分辨率和横向成像范围存在耦合权衡关系。因此，将三维光学成像技术应用于三维打印在线监测，解决成像体积扩大和全纵深成像是技术的关键。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种三维打印同步微层析成像在线监控系统，以解决现有的三维打印在线监测无法实现成像体积扩大和全纵深成像的技术问题。本技术提供一种三维打印同步微层析成像在线监控系统，包括：打印参数可控的三维打印设备和三维光学高精度无损成像系统；所述打印参数可控的三维打印设备包括：PC机、中心控制模块、打印平台、打印喷头、X/Y/Z三轴移动模块及喷头挂载臂，所述三维光学高精度无损成像系统包括：三维高精度无损成像主机和样品检测探头；所述PC机用于编辑分析三维支架模型，依据需求，编辑打印参数和检测参数，发送加工指令，并实时在线监控当前打印层的结构，以及累加覆盖粘结一层或多层打印材料时造成的误差；所述中心控制模块用于接收加工指令，并对所述打印喷头、所述X/Y/Z三轴移动模块及所述喷头挂载臂进行控制；所述样品检测探头挂载在所述喷头挂载臂上，并与所述喷头挂载臂同步运动；所述三维高精度无损成像主机与所述PC机连接，用于传输数据、并控制所述样品检测探头完成扫描和成像；所述样品检测探头配合所述打印平台或所述喷头挂载臂沿X轴/Y轴/Z轴运动，完成一次横向面积扫描和纵向深度的扫描，此时所述样品检测探头完成一次检测，所述打印喷头继续打印，打印一定厚度时，再次检测，重复此操作，直至打印结束；结束后，所述PC机将检测的数据重建成三维模型，实现全纵深成像。其中，所述三维高精度无损成像主机包括：光学相干层析技术(OCT)、多光子显微成像技术(MPM)或共焦显微技术(CM)主机的一种或多种组合。具体地，所述样品检测探头包括：机器视觉成像模块和微层析成像检测模块；所述机器视觉成像模块用于视场监控，所述微层析成像检测模块用于小范围高精度图像采集。进一步地，所述PC机编辑的打印参数和检测参数包括：三维光学高精度无损成像主机成像深度H、材料有效成像深度h、打印结束后的顶部厚度h0，首次检测打印厚度h+h0，后续检测打印厚度h。更进一步地，所述纵向深度的扫描是根据所述三维光学高精度无损成像主机成像深度H和所述材料有效成像深度h进行分段。实际应用时，所述打印参数可控的三维打印设备包括：面向工业的三维打印设备，面向生物的三维打印设备及面向医疗的三维打印设备。其中，所述X/Y/Z三轴移动模块可替换为三轴运动模组。其中，所述X/Y/Z三轴移动模块可替换为六自由度机械臂。相对于现有技术，本技术所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统具有以下优势：本技术提供的三维打印同步微层析成像在线监控系统中，包括：打印参数可控的三维打印设备和三维光学高精度无损成像系统；其中，打印参数可控的三维打印设备包括：PC机、中心控制模块、打印平台、打印喷头、X/Y/Z三轴移动模块及喷头挂载臂，三维光学高精度无损成像系统包括：三维高精度无损成像主机和样品检测探头；具体地，PC机用于编辑分析三维支架模型，依据需求，编辑打印参数和检测参数，发送加工指令，并实时在线监控当前打印层的结构，以及累加覆盖粘结一层或多层打印材料时造成的误差；中心控制模块用于接收加工指令，并对打印喷头、X/Y/Z三轴移动模块及喷头挂载臂进行控制；样品检测探头挂载在喷头挂载臂上，并与喷头挂载臂同步运动；三维高精度无损成像主机与PC机连接，用于传输数据、并控制样品检测探头完成扫描和成像；进一步地，样品检测探头配合打印平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，包括：打印参数可控的三维打印设备和三维光学高精度无损成像系统；所述打印参数可控的三维打印设备包括：PC机、中心控制模块、打印平台、打印喷头、X/Y/Z三轴移动模块及喷头挂载臂，所述三维光学高精度无损成像系统包括：三维高精度无损成像主机和样品检测探头；所述PC机用于编辑分析三维支架模型，依据需求，编辑打印参数和检测参数，发送加工指令，并实时在线监控当前打印层的结构，以及累加覆盖粘结一层或多层打印材料时造成的误差；所述中心控制模块用于接收加工指令，并对所述打印喷头、所述X/Y/Z三轴移动模块及所述喷头挂载臂进行控制；所述样品检测探头挂载在所述喷头挂载臂上，并与所述喷头挂载臂同步运动；所述三维高精度无损成像主机与所述PC机连接，用于传输数据、并控制所述样品检测探头完成扫描和成像；所述样品检测探头配合所述打印平台或所述喷头挂载臂沿X轴/Y轴/Z轴运动，完成一次横向面积扫描和纵向深度的扫描，此时所述样品检测探头完成一次检测，所述打印喷头继续打印，打印一定厚度时，再次检测，重复此操作，直至打印结束；结束后，所述PC机将检测的数据重建成三维模型，实现全纵深成像。...

【技术特征摘要】
1.一种三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，包括：打印参数可控的三维打印设备和三维光学高精度无损成像系统；所述打印参数可控的三维打印设备包括：PC机、中心控制模块、打印平台、打印喷头、X/Y/Z三轴移动模块及喷头挂载臂，所述三维光学高精度无损成像系统包括：三维高精度无损成像主机和样品检测探头；所述PC机用于编辑分析三维支架模型，依据需求，编辑打印参数和检测参数，发送加工指令，并实时在线监控当前打印层的结构，以及累加覆盖粘结一层或多层打印材料时造成的误差；所述中心控制模块用于接收加工指令，并对所述打印喷头、所述X/Y/Z三轴移动模块及所述喷头挂载臂进行控制；所述样品检测探头挂载在所述喷头挂载臂上，并与所述喷头挂载臂同步运动；所述三维高精度无损成像主机与所述PC机连接，用于传输数据、并控制所述样品检测探头完成扫描和成像；所述样品检测探头配合所述打印平台或所述喷头挂载臂沿X轴/Y轴/Z轴运动，完成一次横向面积扫描和纵向深度的扫描，此时所述样品检测探头完成一次检测，所述打印喷头继续打印，打印一定厚度时，再次检测，重复此操作，直至打印结束；结束后，所述PC机将检测的数据重建成三维模型，实现全纵深成像。2.根据权利要求1所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，所述三维高精度无损成像主机包括：光学相干层析技术(OCT)、多光子显微成像技术(MPM)或共焦显微技术(CM)主机的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，所述样品检测探头包括：机器视觉成像模块和微层析成像检测模块；所述机器视觉成像模块用于视场监控，所述微层析成像检测模块用于小范围高精度图像采集。4.根据权利要求1所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，所述PC机编辑的打印参数和检测参数包括：三维光学高精度无损成像主机成像深度H、材料有效成像深度h、打印结束后的顶部厚度h0，首次检测打印厚度h+h0，后续检测打印厚度h。5.根据权利要求4所述的三维打印同步微层析成像在线监控系统，其特征在于，所述纵向深度的扫描是根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，徐铭恩，斯培剑，闵敏，
申请(专利权)人：杭州捷诺飞生物科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33