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本文内容

  • 摘要
  • 摘要
  • 引言
  • 研究方案
  • 代表性结果
  • 讨论
  • 披露声明
  • 致谢
  • 材料
  • 参考文献
  • 转载和许可

摘要

本研究通过介绍一种创建声带层的特定方法,提供了制造过程的详细说明,并表征了模型的特性,展示了无粘性和超软声带模型的制造。

摘要

本研究旨在开发用于语音研究的超柔和、不粘性声带模型。基于硅胶的声带模型的传统制造工艺会导致模型具有不良特性,例如粘性和可重复性问题。这些声带模型容易快速老化,导致不同测量值之间的可比性较差。在这项研究中,我们建议通过改变有机硅材料的分层顺序来修改制造工艺,从而产生不粘性和高度一致的声带模型。我们还将使用这种方法制作的模型与传统制造的声带模型进行了比较,该模型受到其粘性表面的不利影响。我们详细介绍了制造过程,并表征了模型的潜在应用特性。研究结果证明了改良制造方法的有效性,突出了我们无粘性声带模型的卓越品质。这些发现有助于开发用于研究和临床应用的逼真可靠的声带模型。

引言

声带模型用于模拟和研究正常和病理条件下的人声产生 1,2。创建声带模型的最大挑战之一是实现逼真的柔软度和灵活性,使其非常接近人类。为了实现这些性能,通常使用有机硅弹性体,用大量硅油稀释以达到相应的弹性模量3,4。创建逼真的声带模型的另一个关键因素是分层,因为声带由多层不同的柔软度组成,这决定了流动引起的振动模式和可能振动的频率。

在这项研究中,我们创建了一个典型的声带模型。我们使用了 Scherer5 提供的通用几何形状,它代表了 Zhang6 中长度为 17 mm 的男性声带的典型尺寸,由三层组成:一层用于声带肌肉(身体层),一层用于整个粘膜层(覆盖层),一层用于上皮。这种结构可以在 图1的日冕横截面图中看到。

研究方案

1. 声带模型设计及零件3D打印

  1. 使用各种柔软的硅胶材料创建硅胶声带常见 M5 几何形状的多层表示。使用计算机辅助设计 (CAD) 软件设计各个零件。有关详细信息,请查看 补充编码文件 1、补充编码文件 2、补充编码文件 3、补充编码文件 4、补充编码文件 5、补充编码文件 6、补充编码文件 7、补充编码文件 8 。这些文件根据它们在模型中的功能进行命名,并作为后续步骤的基础。
  2. 编译和组织步骤 2 中每个步骤的必要文件。请参阅 补充图 1 中的所需零件及其数量列表。请参阅 补充图 2 中的模具装配示意图。
  3. 将 STL 文件加载到 3D 打印程序中,以生成 3D 打印机可以读取的 G 代码文件。
  4. 准备用于 3D 打印的材料(参见 材料表)。
    1. 对于 补充编码文件 2 补充编码文件 5,请使用导致层线不太明显的材料,例如聚乳酸 (PLA+) 或 PC。
    2. 对于 补充编码文件 1,请使用较硬的材料,例如 Tough PLA 或聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PETG),因为它容易受到弯曲应力的影响。其余部分对印刷材料的选择没有进一步的限制。
    ....

代表性结果

将制造的声带模型集成到 补充图 3 中描述的声带位置的测量设置中。该装置在之前的出版物13 中进行了详细介绍,包括一个多级可控气流源,可刺激声带模型振荡,以及一系列测量仪器,用于记录声压、特定位置的静压和体积速度等数据。对于测量,气流逐渐增加,直到声带模型开始振荡。随后,气压比起始压力高出 200 Pa,以实现稳定而稳健的振荡。增加了一个额.......

讨论

这里介绍的制造过程涉及对其成功产生重大影响的关键步骤。首先,应该注意的是,所提出的制造工艺并没有解决声带体材料中的油饱和问题,而是规避了某些负面的副作用。释气以及相关的收缩和表面波纹仍然存在,尽管程度较小。解决这些问题的方法包括使用超软硅胶或替代材料,将真实声带的弹性模量与稳定耐用的聚合物结构相结合。然而,缺乏这种材料突出表明,在全面解决这些问题方?.......

披露声明

作者声明,他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系,这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

该项目得到了德国研究基金会(DFG)的支持,资助号。BI 1639/9-1号文件。

....

材料

NameCompanyCatalog NumberComments
3D PrinterULTIMAKERType S5
3D Printing softwareULTIMAKER CURAVersion 5.2.2
CAD SoftwareAutodesk Inventor Version 2023
High Speed CameraXIMEA GmbHMQ013CG-ON
PLA+ 3D Printer Material eSunnonewhite
Primary siliconeKauPo Plankenhorn09301-005-000041EcoFlex 00-30
Release AgentKauPo Plankenhorn09291-006-000001UTS Universal
Secondary siliconeKauPo Plankenhorn09301-005-000181DragonSkin NV10
Silicone ThinnerKauPo Plankenhorn09301-010-000002
Tougth PLA 3D Printer Material BASFblack

参考文献

  1. Drechsel, J. S., Thomson, S. L. Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).
  2. Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T.

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