本發(fā)明屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3D打印裝置，具體的說是涉及一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置。

背景技術(shù)：

對于受損大塊軟組織及內(nèi)臟器官的治療，人體組織器官的移植是一種極為有效的治療方法。但是由于器官供體來源短缺，免疫排斥等問題存在，器官移植治療在實(shí)際運(yùn)用中存在難以克服的困難。而組織工程的提出為上述問題開辟了新的途徑。組織工程是將活細(xì)胞通過某種方法附合在生物材料基質(zhì)或者備制的支架上，來構(gòu)建功能組織替代物。然后將構(gòu)建的組織體替代物進(jìn)行培養(yǎng)以后植入患者體內(nèi)，替代原有的病變組織器官來恢復(fù)原有的身體機(jī)能實(shí)現(xiàn)對疾病的治療。目前組織工程皮膚的研究和運(yùn)用就是組織工程良好發(fā)展前景的有效例證。

傳統(tǒng)的組織工程研究一直受限于細(xì)胞植入技術(shù)，即“將細(xì)胞植入到支架上”這一組織過程中固有技術(shù)環(huán)節(jié)中，無法將不同種類的細(xì)胞和生物質(zhì)材料精確定位到支架內(nèi)部不同的空間位置。實(shí)際上，隨著組織工程研究的推進(jìn)，研究工作漸漸向大塊軟組織及內(nèi)臟器官方面誕生，由于這些組織和器官往往含有多種細(xì)胞和生物材料，而不同細(xì)胞或者材料又具有特定的空間排布，因此上述技術(shù)局限性更加凸顯。

作為“第三次工業(yè)革命”的代表性技術(shù)之一，生物3D打印技術(shù)已經(jīng)顛覆了目前制造業(yè)的現(xiàn)狀，顯示了巨大的潛力正引起世界技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)的變革，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，具有個(gè)性化、高仿生和精密的制造等特點(diǎn)。將醫(yī)療產(chǎn)品帶來了全新的制造手段和工藝。

近幾年來，3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，為工業(yè)制造開辟了新的制造生產(chǎn)模式。在生物領(lǐng)域內(nèi)，生物打印，細(xì)胞三維受控組織等技術(shù)也應(yīng)用而生。這些技術(shù)具有操作單個(gè)細(xì)胞或單成分微小尺寸液滴的能力，可以精確控制操作對象的空間位置和分布，對于實(shí)現(xiàn)大塊組織和器官構(gòu)建過程中不同種細(xì)胞和生物材料的空間位置沉積有著巨大的意義。因此，開發(fā)生物打印技術(shù)是未來組織工程研究的必然趨勢如果能克服材料的在不同溫度環(huán)境下不破壞其生物特性。而在一個(gè)典型的生物打印機(jī)中，關(guān)鍵部件之一就是噴頭另外還有材料的備置。

江西科技學(xué)院公布的一種新型3D打印機(jī)加熱底板是針對一些粉末金屬和塑料的可粘合材料。這一種3D打印平臺最高的溫度可以達(dá)到135°C，是屬于金屬材料的3D打印，對于生物質(zhì)材料來說溫度超過一定的范圍細(xì)胞就會死亡，打印的工作環(huán)境要求特別難以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提出一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置，將噴頭裝置與成型臺運(yùn)動機(jī)構(gòu)來構(gòu)成一體化，簡單易控制，工藝可控性好，可以提高組織結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，為細(xì)胞提供適應(yīng)的生長環(huán)境，也可為以后此類設(shè)備的設(shè)計(jì)提供借鑒作用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置，包括底板和側(cè)板，其特征在于：所述成型系統(tǒng)還由噴頭裝置、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)、成型臺冷卻裝置和成型臺控制機(jī)構(gòu)組成；

所述噴頭裝置由上端接氣口、螺釘組、料筒和針頭構(gòu)成；

所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)由X軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)和Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述X軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)由橫梁、X軸運(yùn)動滑塊和X軸控制電機(jī)構(gòu)成；所述Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)由Y軸運(yùn)動滑塊、導(dǎo)軌、Y軸光柵、Y軸光柵讀數(shù)頭和Y軸控制電機(jī)構(gòu)成；所述Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)由Z軸控制電機(jī)、遮擋板、Z軸光柵、Z軸光柵讀數(shù)頭和Z軸運(yùn)動滑塊構(gòu)成；

所述成型臺冷卻裝置由成型板、進(jìn)水口、出水口和成型臺螺釘組構(gòu)成；

所述成型臺控制機(jī)構(gòu)由成型臺控制滑塊、成型臺光柵讀數(shù)頭、成型臺光柵和成型臺控制電機(jī)構(gòu)成；

所述噴頭裝置通過螺釘組安裝在Z軸運(yùn)動滑塊上，所述成型臺冷卻裝置通過成型臺螺釘組固定在成型臺控制滑塊上，所述成型臺控制機(jī)構(gòu)固定安裝在所述底板上。

所述針頭的內(nèi)徑為0.06～0.51mm。

所述上端接氣口通過軟管和氣泵連接，針頭通過螺紋連接安裝在料筒的底部。

所述橫梁與X軸運(yùn)動滑塊螺紋擰緊，通過兩個(gè)X軸運(yùn)動滑塊帶動橫梁沿著Y軸方向移動。

所述Y軸控制電機(jī)通過螺釘安裝在打印機(jī)后側(cè)，Y軸運(yùn)動滑塊安裝在導(dǎo)軌上，Y軸光柵固定安裝在導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)，Y軸光柵讀數(shù)頭固定安裝在Y軸運(yùn)動滑塊的底部并貼在Y軸光柵的表面。

所述Z軸控制電機(jī)通過螺釘安裝在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)的上側(cè)，遮擋板通過粘連在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩內(nèi)側(cè)起到防塵保護(hù)的作用，Z軸光柵固定安裝在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)的右側(cè)，Z軸光柵讀數(shù)頭固定安裝在Z軸運(yùn)動滑塊上。

所述成型臺控制滑塊安裝在成型臺控制導(dǎo)軌上，成型臺光柵讀數(shù)頭安裝在成型臺控制滑塊上，成型臺光柵安裝在成型臺控制導(dǎo)軌上側(cè)，成型臺控制電機(jī)安裝在打印機(jī)面板右側(cè)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出的一種制備皮膚組織的啟動擠壓噴頭生物3D打印成型系統(tǒng)及成型方法，結(jié)構(gòu)新穎，工作原理清晰，采用擠出成型的工藝系統(tǒng)，通過對成型臺溫度的控制從而可以打印出力學(xué)性能較好的支架組織，通過水循環(huán)冷卻成型平臺的方法保證生物質(zhì)材料擠出所需要的低溫工作環(huán)境，可以促進(jìn)溶液交聯(lián)形成水凝膠從而提高支架的力學(xué)性能和整體性。

具體優(yōu)點(diǎn)如下：

1)本發(fā)明專利的工作原理是采用的是水循環(huán)冷卻方式，可以使得打印支架組織的成型臺溫度保持在5～30°C之間，打印過程中通過維持一個(gè)低溫環(huán)境可以促進(jìn)溶液交聯(lián)形成水凝膠，從而提高了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和整體性；

2)液體的冷卻效果相對于氣體冷卻來說冷卻介質(zhì)的流動更具有穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡單安全可靠，工作方便，合理的低溫控制不會使得打印的支架組織過早的發(fā)生坍塌現(xiàn)象，使得支架組織可以很好的成型；

3)由于壓縮氣體構(gòu)成的壓力系統(tǒng)具有微動，高柔性，容易控制等特點(diǎn)，可以近似提供靜壓的壓力滿足氣動式噴出技術(shù)要求，可以提高支架組織的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征滿足人體的某些特定要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：噴頭裝置1、上端接氣口1-1、螺釘組1-2、料筒1-3、針頭1-4、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2、X軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-1、橫梁2-1-1、X軸運(yùn)動滑塊2-1-2、X軸控制電機(jī)2-1-3、Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-2、Y軸運(yùn)動滑塊2-2-1、導(dǎo)軌2-2-2、Y軸光柵2-2-3、Y軸光柵讀數(shù)頭2-2-4、Y軸控制電機(jī)2-2-5、Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3、Z軸控制電機(jī)2-3-1、遮擋板2-3-2、Z軸光柵2-3-3、Z軸光柵讀數(shù)頭2-3-4、Z軸運(yùn)動滑塊2-3-5、成型臺冷卻裝置3、成型板3-1、進(jìn)水口3-2、出水口3-3、成型臺螺釘組3-4、成型臺控制機(jī)構(gòu)4、成型臺控制滑塊4-1、成型臺光柵讀數(shù)頭4-2、成型臺光柵4-3、成型臺控制電機(jī)4-4、底板5、側(cè)板6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1-2所示，一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置，包括底板5和側(cè)板6，成型系統(tǒng)還由噴頭裝置1、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2、成型臺冷卻裝置3和成型臺控制機(jī)構(gòu)4組成；噴頭裝置1由上端接氣口1-1、螺釘組1-2、料筒1-3和針頭1-4構(gòu)成；三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2由X軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-1、Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-2和Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3構(gòu)成；X軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-1由橫梁2-1-1、X軸運(yùn)動滑塊2-1-2和X軸控制電機(jī)2-1-3構(gòu)成；Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-2由Y軸運(yùn)動滑塊2-2-1、導(dǎo)軌2-2-2、Y軸光柵2-2-3、Y軸光柵讀數(shù)頭2-2-4和Y軸控制電機(jī)2-2-5構(gòu)成；Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3由Z軸控制電機(jī)2-3-1、遮擋板2-3-2、Z軸光柵2-3-3、Z軸光柵讀數(shù)頭2-3-4和Z軸運(yùn)動滑塊2-3-5構(gòu)成；成型臺冷卻裝置3由成型板3-1、進(jìn)水口3-2、出水口3-3和成型臺螺釘組3-4構(gòu)成；成型臺控制機(jī)構(gòu)4由成型臺控制滑塊4-1、成型臺光柵讀數(shù)頭4-2、成型臺光柵4-3和成型臺控制電機(jī)4-4構(gòu)成；噴頭裝置1通過螺釘組1-2安裝在Z軸運(yùn)動滑塊2-3-5上，成型臺冷卻裝置3通過成型臺螺釘組3-4固定在成型臺控制滑塊4-1上，成型臺控制機(jī)構(gòu)4固定安裝在底板5上。

如圖1-2所示，一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置，針頭的內(nèi)徑為0.06～0.51mm；上端接氣口1-1通過軟管和氣泵連接，針頭1-4通過螺紋連接安裝在料筒1-3的底部；橫梁2-1-1與X軸運(yùn)動滑塊2-1-2螺紋擰緊，通過兩個(gè)X軸運(yùn)動滑塊2-1-2帶動橫梁2-1-1沿著Y軸方向移動；Y軸控制電機(jī)2-2-5通過螺釘安裝在打印機(jī)后側(cè)，Y軸運(yùn)動滑塊2-2-1安裝在導(dǎo)軌2-2-2上，Y軸光柵2-2-3固定安裝在導(dǎo)軌2-2-2的內(nèi)側(cè)，Y軸光柵讀數(shù)頭2-2-4固定安裝在Y軸運(yùn)動滑塊2-2-1的底部并貼在Y軸光柵2-2-3的表面；Z軸控制電機(jī)2-3-1通過螺釘安裝在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3的上側(cè)，遮擋板2-3-2通過粘連在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3的兩內(nèi)側(cè)起到防塵保護(hù)的作用，Z軸光柵2-3-3固定安裝在Z軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)2-3的右側(cè)，Z軸光柵讀數(shù)頭2-3-4固定安裝在Z軸運(yùn)動滑塊2-3-5上；成型臺控制滑塊4-1安裝在成型臺控制導(dǎo)軌4-5上，成型臺光柵讀數(shù)頭4-2安裝在成型臺控制滑塊4-1上，成型臺光柵4-3安裝在成型臺控制導(dǎo)軌4-5上側(cè)，成型臺控制電機(jī)4-4安裝在打印機(jī)面板右側(cè)。

如圖1-2所示，一種適用于氣動擠壓低溫平臺控制的3D打印裝置的工作原理如下：首先將制備好的溶液注入進(jìn)噴頭裝置的料筒，然后將編好的代碼輸入到電腦中去，接著將成型臺調(diào)控到噴頭下方指定的位置。再啟動水泵和打開溫度控制器使得成型臺的溫度降到合理的打印溫度，最后啟動氣泵擠壓料筒中的混合溶液擠壓到成型臺上，當(dāng)支架打印好之后需要在成型臺上靜置片刻，靜置之后將成型臺上面的支架組織放到冰箱中進(jìn)行冷凍干燥，從而避免復(fù)雜的低溫控制系統(tǒng)，本專利的設(shè)計(jì)使３D打印生物材料簡單操控。