一次性生物三维打印机制造技术

一个方面涉及一种三维打印装置(10)，包括可杀菌的打印机组件(3)，可杀菌的打印机组件(3)包括至少一个打印头(36，38，40)、打印平台(32)、以及驱动机构，该驱动机构适合沿三自由度相对于所述打印平台执行所述至少一个打印头的移动；打印机壳(5)，以无菌方式封装所述打印机组件；至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个。另一个方面涉及一种打印系统，包括所述三维打印装置。另一个方面涉及一种打印方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三维打印装置、一种打印系统以及一种打印方法。
技术介绍
无菌条件下的三维物体的形成或涂覆，尤其是生化材料的涂覆需要大量努力来维持无菌条件和装配所需的设备，以在无菌条件下形成或涂覆三维物体。因此，提供能够在无菌条件下可靠而又很容易地形成或涂覆材料的一种打印装置、一种打印系统以及一种打印方法是个问题。这一问题是通过权利要求1所限定的三维打印装置、具有权利要求33限定的特征的打印系统以及具有权利要求44限定的特点的打印方法来解决的。在从属权利要求中限定了优选的实施方式。
技术实现思路
根据一个方面的三维打印装置一个方面涉及一种三维打印装置，包括：-可杀菌的打印机组件，包括--至少一个打印头，--打印平台，以及--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，-至少一个无菌连接器，流体连接到至少一个打印头中对应的一个。所述打印机组件用在一次性应用，因此用后可丢弃。优选地，所述三维打印装置包括打印机壳是一次性的，并且一次性使用后可丢弃。所述打印机壳能包括刚性墙或柔性墙，并且优选地由可杀菌的材料制成。所述打印机组件是无菌的或可杀菌的，例如，通过伽玛辐照，高压灭菌或比如环氧乙烷或汽化过氧化氢的化学杀菌剂。所述打印机组件能包括单个打印头或多个打印头。所述打印头中的每一个可使用增材制造(additivemanufacturing)的专项技术，比如挤压、熔融沉积塑形、加热挤出、喷射沉积、颗粒材料粘结、光聚合等等。这些打印头适合将材料沉积在打印平台或打印托盘或在打印平台或打印托盘上的任何物体上。三维计算机辅助设计(CAD)的文件可用作构建所述三维打印结构的说明。通过沉积适当的打印材料，可以创建或形成三维物体。其他适当的打印材料能用于涂覆二维物体或三维物体。为打印三维物体，允许在至少一个打印头与所述打印平台之间沿二自由度有相对位移就足够，其中物体的三维是通过沉积打印材料创建的。所述打印平台和至少一个打印头沿三自由度的位移是可选择的。为获得相对位移，可移动至少一个打印头或所述打印平台。具体地，所述驱动机构适合促使所述至少一个打印头相对于所述打印平台沿二自由度或三自由度移动。或者，所述驱动机构适合促使所述打印平台相对于至少一个打印头沿二自由度或三自由度移动。增材制造步骤完成后，整理头(finishinghead)能用于消减移除三维物体上的材料。消减过程中产生的碎片可随流体介质涌入碎片托盘，并且在所述碎片盘内流体回流时过滤掉碎片。任选地，所述三维打印机的所述无菌连接器包括一次性无菌连接器，无菌式连接和无菌式流体转移能发生在至少两个相连的互补的无菌连接器之间。此外，所述无菌连接器附加地能包括能以无菌方式热连接到一个互补的无菌连接器上的热塑管。热连接可通过焊接、超声焊接、部分熔融以及热塑性胶粘结中的至少一个来执行。任选地，所述打印机壳的内体积借助于通气过滤器与外部流体连接。所述通气过滤器可以是杀菌级通气过滤器，以保持所述打印机壳内部处于无菌状态。封装所述打印机组件的所述打印机壳的内部可填充有同质气体混合物或异质气体混合物，比如压缩空气，氮气，二氧化碳，或其他混合物，并且可利用通气过滤器，优选地杀菌级通气过滤器，与外部进行通气。任选地，至少一个打印头在固定位置，并且所述打印平台可沿二自由度或三自由度移动。自由度可以是沿线性轴移动或绕转动轴旋转。因此，三自由度能包括三个转动轴或能包括两个转动轴和一个线性轴或能包括一个转动轴和两个线性轴或能包括三个线性轴。优选地，自由度均采用相互正交的线性轴，因此，这些轴限定笛卡尔坐标系统。任选地，所述三维打印机的至少一个打印头在固定位置，并且所述打印平台可沿二轴框架或三轴框架移动。所述打印平台可利用气动执行器或磁性执行器沿轴框架移动。任选地，所述气动执行器包括至少一个袋或囊，通过向至少一袋或囊内提供流体压力使至少一个袋或囊在至少一个方向伸展。为获得所述打印平台的精确移动和定位，所述气动执行器能包括粗糙袋和精细袋，其中当所述粗糙袋和所述精细袋填充有相同体积的流体或当相同的内部流体压力施加到这些袋时，所述粗糙袋在至少一个方向上比所述精细袋更具伸展性。另外，所述打印平台可包含多个粗糙袋和精细袋，多个粗糙袋和精细袋能用于自动修正所述打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。作为一个选择，所述气动执行器能包括至少一台流体致动电机，至少一台流体致动电机沿轨道或螺纹螺钉移动来沿对应轴定位所述打印平台。所述流体致动电机能包括任何气体或气液混合物。具体地，流体能包括空气、氮气、或任何惰性气体。作为进一步选择，所述三维打印机能包括磁性致动器，该磁性致动器包括至少一台磁性驱动机构并且可通过互补的外部磁性驱动机构旋转或线性移动。任选地，所述三维打印机包括位置跟踪系统，也叫精确跟踪系统，该系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至少一个打印头的位置。因此，借助于所述跟踪系统，可以精确地测量在三轴框架内的所述打印平台的一个或多个坐标。为获得所述打印平台沿一个或多个框架轴最大定位精度，沿同一个自由度的轴可使用多个(磁性或气动)致动器。具体地，两个或多个致动器可致动对应的轨道或螺纹螺钉，来提供打印平台移动的粗糙到精细的分辨率。可提供位置控制器来控制和自动修正所述致动器的移动，从而将所述打印平台定位到通过至少一个打印头的材料的沉积需要的准确坐标。所述跟踪系统能包括激光跟踪系统，该激光跟踪系统包括设置在所述三维打印机组件外部的外部激光源、在所述打印平台的至少一部分上的镜子或反射材料、用于探测反射激光发射时间与角度的激光探测装置、以及计算并报告所述打印平台相对于至少一个打印头的坐标的计算系统。或者，所述跟踪装置能包括在所述三维打印机组件外部的多台摄像机、在所述打印平台的至少一部分上的可见目标材料、以及计算并报告所述打印平台相对于至少一个打印头的坐标的计算系统。这些摄像机可以是具有高分辨率的宏观摄像机，比如HDTV摄像机或总体上水平分辨率为1000像素以上的摄像机。任选地，所述三维打印机包括转移舱口，该转移舱口适合移除包含三维打印物体的所述打印平台。借助于所述转移舱口，物体可以无菌方式从所述打印机壳转移出来或转移到所述打印机壳。因此，所述转移舱口可形成于所述述打印机壳的壁上。优选地，所述转移舱口无菌地连接到无菌转移袋，该无菌转移袋允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印装置，包括：‑可杀菌的打印机组件，包括‑‑至少一个打印头，‑‑打印平台，以及‑‑驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在所述至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；‑打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，‑至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.01 US 13/956,9901.一种三维打印装置，包括：
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在所述至少一个打印头与所述打印平台之间
实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个。
2.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，所述无菌连接器包括一次性无菌连接器，
无菌式连接和无菌式流体转移能发生在至少两个相连的互补的无菌连接器之间；或者包括
能以无菌方式热连接到互补的热塑管的热塑管。
3.根据权利要求1或2所述的三维打印机，其中，所述打印机壳的内体积通过通气过滤
器与外部流体连接。
4.根据权利要求3所述的三维打印机，其中，所述通气过滤器是杀菌级通气过滤器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述至少一个打印头处于固
定位置，并且所述打印平台能沿二自由度或三自由度移动。
6.根据权利要求5所述的三维打印机，其中，所述自由度是彼此正交的线性轴。
7.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述至少一个打印头处于固
定位置，并且所述打印平台能沿三轴框架移动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述打印平台利用气动致动
器或磁性致动器沿三轴框架移动。
9.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括至少一个袋或囊，通
过向所述至少一个袋或囊内提供流体压力，能使所述至少一个袋或囊在至少一个方向上伸
展。
10.根据权利要求9所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括粗糙袋和精细袋，其
中，当填充有相同体积的流体时，所述粗糙袋在至少一个方向上比所述精细袋更具伸展性。
11.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括至少一台流体致动
电机，所述至少一台流体致动电机沿轨道或螺纹螺钉移动来沿对应轴定位所述打印平台。
12.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述磁性致动器包括至少一台磁性驱动
机构，所述磁性驱动机构通过互补的外部磁性驱动机构能旋转或线性移动。
13.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机进一步包括位置
跟踪系统，所述位置跟踪系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至
少一个打印头的位置。
14.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述位置跟踪系统能用于自动修正所述
打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。
15.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述跟踪系统能包括激光跟踪系统，所
述激光跟踪系统包括设置在所述三维打印机组件外部的外部激光源、在所述打印平台的至
少一部分上的镜子或反射材料、探测反射激光发射的时间与角度的激光探测装置、以及计
算并报告所述打印平台相对于所述至少一个打印头的坐标的计算系统。
16.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述跟踪装置包括在所述三维打印机组
件外部的多台摄像机、在所述打印平台的至少一部分上的可见目标材料、以及计算并报告
所述打印平台相对于所述至少一个打印头的坐标的计算系统。
17.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机包括转移舱口，所
述转移舱口适合移除包含三维打印物体的所述打印平台。
18.根据权利要求17所述的三维打印机，其中，所述转移舱口无菌连接到无菌式转移系
统上，允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物体转移时保持无菌性。
19.根据权利要求18所述的三维打印机，其中，所述无菌式转移系统包括无菌式转移
袋，允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物体转移时保持无菌性。
20.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于分配一卷薄膜或
几张薄膜的薄膜分发器，在所述薄膜上能借助于所述打印组件进行打印。
21.根据权利要求20所述的三维打印机，其中，所述薄膜分发器是气动地驱动的或磁性
地驱动的。
22.根据权利要求20或21所述的三维打印机，进一步包括用于将所述一卷薄膜或几张
薄膜切为条、段、图形、或片的薄膜切割器。
23.根据权利要求22所述的三维打印机，其中，所述薄膜切割器被动利用薄膜卷的分
配，以利用多个静刀片将所述薄膜切割为条。
24.根据权利要求22所述的三维打印机，其中，所述薄膜切割器主动利用多个刀片的机
械移动来切割所述薄膜，其中，所述刀片由气动致动器或外部磁性驱动机构驱动。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机进一步包括用
于收集从所述薄膜切割下来的条、段、图形、或片的收集装置。
26.根据权利要求25所述的三维打印机，其中，所述收集装置能沿所述三轴框架移动。
27.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于干燥三维打印物
体的干燥装置。
28.根据权利要求27所述的三维打印机，其中，所述干燥装置包括干燥空气通孔，所述
干燥空气通孔用于从外部空气供应装置提供空气。
29.根据权利要求28所述的三维打印机，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·马乔里，
申请(专利权)人：赛多利斯史泰迪生物技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE