一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印技術(shù)領(lǐng)域，噴頭架設(shè)在支撐板上并與支撐板連接固定，外套蓋連接套置在噴頭的上方，活塞移動作用在料筒腔體內(nèi)，噴頭和外套蓋頂部的中心均開有相同直徑的通孔，通孔內(nèi)設(shè)有噴口，膠圈設(shè)置在噴口與通孔的間隙處，噴口的上端通過輸氣管與空氣壓縮機相連，針頭設(shè)置在料筒腔體的底端，料筒腔體中的復(fù)合材料在活塞推動下從所述針頭處均勻擠出。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，工作原理清晰，可以備至水溶液，膠體，漿料等液體物質(zhì)。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。實現(xiàn)了低溫材料(特別是膠原蛋白、納米纖維等復(fù)合材料在溫度在30℃以下)的3D打印。
【專利說明】
一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于細胞和生物材料3D打印的一種頭結(jié)構(gòu)，具體的說是涉及一種生物組織制造的適用生物材料(用于制備皮膚支架的膠原、納米纖維素復(fù)合材料)打印的氣動作用的生物3D打印噴頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]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，器官移植治療在實際運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)原有的身體機能實現(xiàn)對疾病的治療。目前組織工程皮膚的研究和運用就是組織工程良好發(fā)展前景的有效例證。
[0003]傳統(tǒng)的組織工程研究一直受限于細胞植入技術(shù)，即“將細胞植入到支架上”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。實際上，隨著組織工程研究的推進，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胞和生物材料，而不同細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。
[0004]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)具有操作單個細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，對于實現(xiàn)大塊組織和器官構(gòu)建過程中不同種細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。而在一個典型的生物打印機中，關(guān)鍵部件之一就是噴頭另外還有材料的備置。
[0005]哈佛大學(xué)Wonhye等開發(fā)的b1-printer技術(shù)就是基于氣壓擠出原理;清華大學(xué)的李生杰等開發(fā)的多細胞三維打印系統(tǒng)的噴頭是采用機械活塞擠出模或者采用噴頭的注射器內(nèi)儲存不同材料在成型某一面時，當一種材料相對應(yīng)的噴頭擠出成型結(jié)束后切換到另一個噴頭繼續(xù)進行打??；杭州漢卓機電科技有限公司公開了一種面向多材料打印的氣動雙作用生物3D打印噴頭結(jié)構(gòu)，該發(fā)明涉及多組擠出成型單元，這些噴頭結(jié)構(gòu)需要切換打印操作繁瑣且并不能擠壓一些低溫材料;浙江大學(xué)研究的面向多種材料打印的旋轉(zhuǎn)切換方式生物3D打印噴頭實現(xiàn)了單噴頭對多種材料的打印，對于一些高溫材料是可行的，但是對于一些低溫材料來實現(xiàn)3D打印比較困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對低溫材料在3D打印過程中存在的技術(shù)難題作出改進，提出一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，在氣動擠壓下保證擠出冷凝材料具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)了低溫材料(特別是膠原蛋白、納米纖維等復(fù)合材料在溫度在30°C以下)的3D打印，提高了生產(chǎn)與備置的效率，為以后此類設(shè)備的設(shè)計提供了借鑒作用。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是:一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述噴頭結(jié)構(gòu)由膠圈、外套蓋、噴頭、活塞、支撐板、料筒腔體和針頭組成，所述噴頭架設(shè)在所述支撐板上并與所述支撐板連接固定，所述外套蓋連接套置在所述噴頭的上方，所述活塞移動作用在所述料筒腔體內(nèi)，所述噴頭和外套蓋頂部的中心均開有相同直徑的通孔，所述通孔內(nèi)設(shè)有噴口，所述膠圈設(shè)置在所述噴口與通孔的間隙處，所述噴口的上端通過輸氣管與空氣壓縮機相連，所述針頭設(shè)置在所述料筒腔體的底端，所述料筒腔體中的復(fù)合材料在所述活塞推動下從所述針頭處均勻擠出。
[0008]所述支撐板與噴頭通過螺紋連接固定，支撐板中間開有帶內(nèi)螺紋通孔，噴頭下端外表面帶有與內(nèi)螺紋通孔相匹配的外螺紋。
[0009]所述外套蓋與噴頭結(jié)構(gòu)通過螺紋連接，外套蓋內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋，噴頭中部設(shè)有與外套蓋內(nèi)部相匹配的外螺紋。
[0010]所述噴頭和外套蓋頂部中心均開有相同直徑的通孔，噴口貫穿于噴頭和外套蓋頂部的通孔，膠圈置于噴口與通孔之間。
[0011 ]所述針頭為注射針頭或自制針頭，針頭的直徑介于100?200μπι。
[0012]所述噴頭外部輪廓與料筒腔體內(nèi)部形狀相同均呈十字型。
[0013]本實用新型的有益效果為:本實用新型提出的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作原理清晰，利用氣體進入推動活塞向下運動，活塞推動料筒中的液體材料通過噴頭噴出，該結(jié)構(gòu)的噴頭可以備至水溶液，膠體，漿料等液體物質(zhì)。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?？梢越铺峁╈o壓的壓力滿足氣動式噴出技術(shù)要求?？梢蕴岣咧Ъ芙M織的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)了低溫材料(特別是膠原蛋白、納米纖維等復(fù)合材料在溫度在30°C以下)的3D打印，提高了生產(chǎn)與備置的效率，擴展了低溫材料應(yīng)用于3D打印中的需求，為以后此類設(shè)備的設(shè)計提供了借鑒作用。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型全剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為圖1中的局部放大示意圖。
[0016]圖中:膠圈1、外套蓋2、噴頭3、活塞4、支撐板5、料筒腔體6、針頭7、噴口8、通孔9、輸氣管10。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0018]如圖1-2所示，一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，噴頭結(jié)構(gòu)由膠圈1、外套蓋2、噴頭3、活塞4、支撐板5、料筒腔體6和針頭7組成，噴頭3架設(shè)在支撐板5上并與支撐板5連接固定，外套蓋2連接套置在噴頭3的上方，活塞4移動作用在料筒腔體6內(nèi)，噴頭3和外套蓋2頂部的中心均開有相同直徑的通孔9，通孔9內(nèi)設(shè)有噴口 8，膠圈I設(shè)置在噴口 8與通孔9的間隙處，噴口 8的上端通過輸氣管10與空氣壓縮機相連，針頭7設(shè)置在料筒腔體6的底端，料筒腔體6中的復(fù)合材料在活塞4推動下從針頭7處均勻擠出。
[0019]如圖1-2所示，一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，支撐板5與噴頭3通過螺紋連接固定，支撐板5中間開有帶內(nèi)螺紋通孔，噴頭3下端外表面帶有與內(nèi)螺紋通孔相匹配的外螺紋;外套蓋2與噴頭3結(jié)構(gòu)通過螺紋連接，外套蓋2內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋，噴頭3中部設(shè)有與外套蓋2內(nèi)部相匹配的外螺紋;噴頭3和外套蓋2頂部中心均開有相同直徑的通孔9，噴口 8貫穿于噴頭3和外套蓋2頂部的通孔9，膠圈I置于噴口 8與通孔9之間；針頭7為注射針頭或自制針頭，針頭7的直徑介于100?200μπι;噴頭外部輪廓與料筒腔體內(nèi)部形狀相同均呈十字型。
[0020]如圖1所示，一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)的工作原理如下:先將膠原、納米纖維復(fù)合材料冷凍保存至-4°C，將材料注入料筒腔體內(nèi)，輸氣管分別連接噴口和空氣壓縮機，空氣壓縮機提供氣體壓力，通過壓力表來控制壓力的大小并決定材料擠出速率，通過電磁閥控制復(fù)合材料的工作狀態(tài)。氣體通入噴口后，氣體推動活塞向下擠壓復(fù)合材料，料筒腔體中的復(fù)合材料從針頭處均勻擠出，堆積在成型盤上面。當閥門打開，高壓氣體快速進入噴腔內(nèi)推動材料擠出。當閥門閉合，等料筒腔體內(nèi)的高壓氣體釋放完殘余應(yīng)力后活塞停止工作。將3D打印的材料放置低溫箱中冷凍再干燥，從而避免復(fù)雜的低溫控制系統(tǒng)。
[0021 ]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，工作原理清晰，利用氣體進入推動活塞向下運動，活塞推動料筒中的液體材料通過噴頭噴出，該結(jié)構(gòu)的噴頭可以備至水溶液，膠體，漿料等液體物質(zhì)。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。實現(xiàn)了低溫材料(特別是膠原蛋白、納米纖維等復(fù)合材料在溫度在30°C以下)的3D打印，提高了生產(chǎn)與備置的效率，擴展了低溫材料應(yīng)用于3D打印中的需求，為以后此類設(shè)備的設(shè)計提供了借鑒作用。
【主權(quán)項】
1.一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述噴頭結(jié)構(gòu)由膠圈(I)、外套蓋(2)、噴頭(3)、活塞(4)、支撐板(5)、料筒腔體(6)和針頭(7)組成，所述噴頭(3)架設(shè)在所述支撐板(5)上并與所述支撐板(5)連接固定，所述外套蓋(2)連接套置在所述噴頭(3)的上方，所述活塞(4)移動作用在所述料筒腔體(6)內(nèi)，所述噴頭(3)和外套蓋(2)頂部的中心均開有相同直徑的通孔(9)，所述通孔(9)內(nèi)設(shè)有噴口(8)，所述膠圈(I)設(shè)置在所述噴口(8)與通孔(9)的間隙處，所述噴口(8)的上端通過輸氣管(10)與空氣壓縮機相連，所述針頭(7)設(shè)置在所述料筒腔體(6)的底端，所述料筒腔體(6)中的復(fù)合材料在所述活塞(4)推動下從所述針頭(7)處均勻擠出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐板(5)與噴頭(3)通過螺紋連接固定，支撐板(5)中間開有帶內(nèi)螺紋通孔，噴頭(3)下端外表面帶有與內(nèi)螺紋通孔相匹配的外螺紋。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外套蓋(2)與噴頭(3)結(jié)構(gòu)通過螺紋連接，外套蓋(2)內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋，噴頭(3)中部設(shè)有與外套蓋(2)內(nèi)部相匹配的外螺紋。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述噴頭(3)和外套蓋(2)頂部中心均開有相同直徑的通孔(9)，噴口(8)貫穿于噴頭(3)和外套蓋(2)頂部的通孔(9)，膠圈(I)置于噴口(8)與通孔(9)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述針頭(7)為注射針頭或自制針頭，針頭(7)的直徑介于100?200μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于擠壓材料溫度較低擠壓成型的噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述噴頭(3)外部輪廓與料筒腔體(6)內(nèi)部形狀相同均呈十字型。
【文檔編號】B29C67/00GK205522518SQ201620075123
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】陳冬冬, 張琦, 周驥平, 姜婭妮
【申請人】揚州大學(xué)