使用目标多特征识别的纳米纤维制造在线监测系统

针对电纺丝成型纳米级纤维工艺中因供料速度与电压值不匹配而出现的不稳定现象-流涎,提出了基于目标多特征识别的纳米纤维制造在线检测系统来提高纳米纤维成型质量的稳定性并实现纤维直径的可控性。首先,使用工业CCD对喷头出口处的泰勒锥进行连续图像采集,并对其进行锐化、滤波、阈值分割等预处理;然后,用目标多特征识别算法对泰勒锥的周长、面积和锥高等特征进行识别,实现对泰勒锥的形态和大小实时判别;最后,以判别结果作为控制系统的反馈信号,实时在线调节供料模块或电源模块驱动供料速度与电压达到匹配。实验结果表明,当电压为8kV,系统能在0.43s后达到稳定,从而维持泰勒锥形状稳定,无流涎现象,得到直径均匀的纳米纤维。提出的方法有效地解决了电纺纳米纤维直径不均匀和不可控制的难题。

低温沉积成形与电纺丝成形多尺度组织工程支架的多物理场耦合分析和试验研究

为了弥补快速成形技术(Rapid prototyping,RP)只能成形带有直通孔的组织工程支架,提出采用低温沉积成形(Low-temperature deposition manufacturing,LDM)和电纺丝合成形具有多尺度孔隙结构的支架。为模拟成形的过程,将水平集合法(Level set method,LSM)应用于液固相变过程中追踪自由边界的研究,结合传热理论和不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程的基础,引入凝固干扰项描述凝固对流动变形的影响,建立LDM材料凝固和变形的数学模型,模拟液体材料的凝固和同时产生变形这一多物理场耦合问题,并使用空间静电场本构方程分析'针对板'式电场结构的电场分布,通过高速CCD记录LDM的变形和凝固过程及电纺丝的鞭动过程,数值模拟结果与试验结果较为吻合,为确定成形环境温度、成形速度、电纺丝接收面积和接收距离等工艺参数提供了理论指导,试验结果证明所采用的理论方法有效、可靠。

直径可控电纺丝设备的数字调节高压电源设计

新型电纺丝工艺及设备是当前研究纳米纤维制造的热点。本文以实现电纺丝电源的有效控制,提升电纺丝设备的纺丝直径可控性为目标,定量分析了电压这一过程参数对静电纺丝装置纺丝效果的影响,并设计了PID控制算法,在此基础上讨论了实际数字可调高压电源的设计,主要针对传统电纺丝设备中电源发生装置存在的波动误差和谐波干扰问题,利用PIC单片机的pwm输出端口设计了一种有效消除谐波干扰的数控电源驱动方式,在MPLAB与Proteus软件联调的基础上对这种驱动方式进行了仿真和验证。仿真结果表明该控制方案能有效避免谐波干扰以及硬件电路庞大的缺点。