Προγραμματισμός συστήματος CNC laser για μικρό-κοπή ικριωμάτων κολλαγόνου

Κεχαγιάς, Στυλιανός Π.; Kechagias, Stylianos P.

dc.contributor.author	Κεχαγιάς, Στυλιανός Π.	el
dc.contributor.author	Kechagias, Stylianos P.	en
dc.date.accessioned	2020-04-24T08:56:48Z
dc.date.available	2020-04-24T08:56:48Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50232
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17930
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αφαίρεση με laser	el
dc.subject	Ικριώματα κολλαγόνου	el
dc.subject	Μικροκατασκευές	el
dc.subject	Αυτοματισμός κατεργασιών μέσω λογισμικού	el
dc.subject	Laser ablation	en
dc.subject	Collagen scaffolds	en
dc.subject	Microfabrication	en
dc.subject	Computer-Aided Manufacturing	en
dc.title	Προγραμματισμός συστήματος CNC laser για μικρό-κοπή ικριωμάτων κολλαγόνου	el
dc.title	CNC Laser system programming for collagen scaffold micro-cutting	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αυτοματισμός κατεργασιών μέσω λογισμικού	el
heal.classification	Computer-aided manufacturing	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-23
heal.abstract	Τα βιολογικά ικριώματα είναι τρισδιάστατες κατασκευές που στόχο έχουν να προκαλέσουν κυτταρικές αλληλεπιδράσεις για το σχηματισμό νέων λειτουργικών ιστών. Η πορώδης δομή των ικριωμάτων δημιουργεί ένα περιβάλλον μίμησης της εξωκυττάριας μήτρας βοηθώντας τα κύτταρα να αναπτυχθούν μετά την εμφύτευση. Επιπλέον, η κατασκευή μοτίβων στα ικριώματα έχει αποδειχθεί ότι άγει τη διαδικασία αναγέννησης καθώς παρέχουν ευνοϊκό προσανατολισμό στα κύτταρα και δρουν ως κανάλια για τη μεταφορά ουσιών απαραίτητων για τη διαβίωση των κυττάρων. Υπέρ-βραχείς παλμοί femtosecond laser δύναται να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή τέτοιων μοτίβων, καθώς όταν αντιδρούν με βιολογικούς ιστούς προκαλούν αφαίρεση υλικού με σχηματισμό πλάσματος, περιορισμένη προσβολή και λεία κοπή. Τα τελευταία εξασφαλίζουν την κατασκευή γεωμετριών με υψηλή ακρίβεια και μορφολογικά χαρακτηριστικά απαραίτητα για την εύρυθμη λειτουργία του ικριώματος. Στην παρούσα εργασία μελετάται η κατασκευή καναλιών και περιγράμματος σε ικριώματα κολλαγόνου μέσω 2½D κοπής σε επίπεδα κατά τον άξονα Ζ. Χρησιμοποιείται υπέρυθρη δέσμη που αντιδρά με το κολλαγόνο χωρίς την έντονη εμφάνιση σκέδασης. Έτσι πέρα από την τροποποίηση της επιφάνεια, επιτεύχθηκε ακόμα κοπή υπόγειων γεωμετριών εστιάζοντας τη δέσμη σε βάθος μεγαλύτερο από 250μm στο εσωτερικό του πορώδους ικριώματος. Η κοπή των ικριωμάτων γίνεται με οδήγηση CNC βάσης που φέρει την πρώτη ύλη. O g-κώδικας παράγεται από πρόγραμμα MATLAB στο οποίο εισάγονται γεωμετρικά στοιχεία για την απεικόνιση κυκλικών τομέων, γραμμών και καμπυλών. Μέσω πειραμάτων έγινε εκτίμηση του χώρου αφαίρεσης υλικού όπου εδώ θεωρείται ως κύλινδρος. Με τη βοήθεια πειραμάτων λήφθηκαν βέλτιστες παράμετροι κοπής και εντέλει κατασκευάστηκαν σχέδια ικριωμάτων με ανοχές ±30μm στο επίπεδο ΧΥ και ±50μm στην αξονική διεύθυνση.	el
heal.abstract	Biological scaffolds are 3D structures designed to induce cellular interactions for the creation of new functional tissues. The porous structure of the scaffold mimics the extracellular matrix by helping the cells to grow after the implantation. In addition, the fabrication of patterns on the scaffolds has been said to aid the regeneration process as they provide favorable orientation to the cells and act as channels for the transport of substances necessary for cell life. Ultra-short pulses can be used to fabricate such patterns due to their confined damage and smooth cut when react with biological tissue causing plasma-mediated ablation. The latter ensure the production of high precision geometries with morphological characteristics necessary for scaffold’s proper operation. In the present work, the fabrication of channels and contours in collagen scaffolds is studied by 2½D layer cutting along the Z axis. An infrared beam is used that reacts with the collagen without the intense appearance of scattering. Thus, besides surface modification, cutting of underground geometries has been achieved as well by focusing the beam at depths greater than 250 µm inside the porous scaffold. The scaffolds are cut using a CNC stage bearing the raw material. G-code is generated by a MATLAB program in which geometrical elements are imported to portray circular sectors, lines, and curves. Estimation of a cylindrical ablation volume was carried out via experiments. Moreover, experimental optimum cutting parameters were obtained which lead to the manufacturing of scaffold designs with tolerances of ±30µm at the XY plane and ±50µm in axial direction.	en
heal.advisorName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.advisorName	Vosniakos, George-Christopher	en
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Vosniakos, George-Christopher	en
heal.committeeMemberName	Markopoulos, Angelos	en
heal.committeeMemberName	Benardos, Panorios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών. Εργαστήριο Κατεργασιών των Υλικών (Μηχανουργικό και Μηχανολογικό Εργοστάσιο)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146 σ.
heal.fullTextAvailability	false