一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法技术方案

一种制备皮肤组织的启动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法，属于组织工程技术和生物3D打印技术领域，包括底板以及由计算机和控制器组成的控制系统，其特征在于：所述成型系统还由喷头装置、三维运动机构和成型台组成，本发明专利技术结构新颖，工作原理清晰，Y轴通过双电机控制，从而保证了保证喷头的在空间运动的精度，成型台固定安装在底板上，从而避免了每次打印都要对打印机的喷头进行对心设置；由于压缩气体构成的压力系统具有微动，高柔性，容易控制等特点，可以近似提供静压的压力满足气动式喷出技术要求，可以提高支架组织的力学性能和结构特征满足人体的某些特定要求。

【技术实现步骤摘要】
一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法
本专利技术属于组织工程技术和生物3D打印
，涉及一种3D打印成型系统及成型方法，具体的说是涉及一种制备皮肤组织的启动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法。
技术介绍
对于受损大块软组织及内脏器官的治疗，人体组织器官的移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺，免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者备制的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织体替代物进行培养以后植入患者体内，替代原有的病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病的治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就是组织工程良好发展前景的有效例证。传统的组织工程研究一直受限于细胞植入技术，即“将细胞植入到支架上”这一组织过程中固有技术环节中，无法将不同种类的细胞和生物质材料精确定位到支架内部不同的空间位置。实际上，随着组织工程研究的推进，研究工作渐渐向大块软组织及内脏器官方面诞生，由于这些组织和器官往往含有多种细胞和生物材料，而不同细胞或者材料又具有特定的空间排布，因此上述技术局限性更加凸显。作为“第三次工业革命”的代表性技术之一，生物3D打印技术已经颠覆了目前制造业的现状，显示了巨大的潜力正引起世界技术以及产业的变革，尤其是在医学领域的应用，具有个性化、高仿生和精密的制造等特点。将医疗产品带来了全新的制造手段和工艺。近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印，细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势如果能克服材料的在不同温度环境下不破坏其生物特性。而在一个典型的生物打印机中，关键部件之一就是喷头另外还有材料的备置。上海大学研究的一种用于生物3D打印的液压挤出供料系统和方法实现了液压控制对多种材料的打印，因为液压挤出没有成型的设备且不便于操控，所以很难实现挤压生物质材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了针对上述现有技术存在的缺陷和不足，提出一种制备皮肤组织的启动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法，该成型系统通过将喷头装置与3D打印机构成一体化，结构简单、容易控制、工艺可控性好、自动化程度比较高，喷头空间运动的精度可得到进一步的提高。本专利技术的技术方案是：一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，包括底板以及由计算机和控制器组成的控制系统，其特征在于：所述成型系统还由喷头装置、三维运动机构和成型台组成；所述喷头装置由上端接气口、料筒、针头和螺钉组构成；所述三维运动机构由X轴运动机构、Y1轴运动机构、Y2轴运动机构和Z轴运动机构构成；所述X轴运动机构由X轴控制电机、X轴运动滑块、X轴丝杠、X轴光栅和X轴光栅读数头构成；所述Y1轴运动机构由Y1轴控制电机、Y1轴运动滑块、Y1轴丝杠、Y1轴光栅和Y1轴光栅读数头构成；所述Y2轴运动机构由Y2轴控制电机、Y2轴运动滑块、Y2轴丝杠、Y2轴光栅和Y2轴光栅读数头构成；所述Z轴运动机构由Z轴控制电机、Z轴运动滑块、Z轴丝杠、Z轴光栅和Z轴光栅读数头构成；所述喷头装置通过螺钉组安装在所述Z轴运动滑块上，所述成型台固定安装在所述底板上，所述X轴运动机构通过焊接安装在所述Y1轴运动滑块与Y2轴运动滑块上。所述针头的内径为0.06～0.51mm。所述上端接气口通过软管和气泵连接，针头通过螺纹连接安装在料筒的底部。所述X轴控制电机通过螺钉安装在X轴运动机构的外板处，X轴丝杠通过螺纹连接安装在X轴控制电机上，X轴光栅读数头固定安装在X轴运动滑块的旁侧，X轴光栅固定安装在X轴运动机构底座上。所述Y1轴控制电机通过螺钉安装在Y1轴运动机构的外板处，Y1轴丝杠通过螺纹连接安装在Y1轴控制电机上，Y1轴光栅读数头固定安装在Y1轴运动滑块的右下侧，Y1轴光栅固定安装在Y1轴运动机构底座上。所述Y2轴控制电机通过螺钉安装在所述Y2轴运动机构的外板处，Y2轴丝杠通过螺纹连接安装在Y2轴控制电机上，Y2轴光栅读数头固定安装在Y2轴运动滑块的右下侧，Y2轴光栅固定安装在Y2轴运动机构底座上。所述Z轴控制电机通过螺钉安装在Z轴运动机构的外板处，Z轴丝杠通过螺纹连接安装在Z轴控制电机上，Z轴光栅读数头固定安装在Z轴运动滑块(2-4-1)的旁侧，Z轴光栅固定安装在Z轴运动机构底座上。一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统的成型方法，其特征在于，操作步骤如下：(1)通过CT扫描得到支架的三维模型，进行分层处理，得到坐标G代码并输入到计算机的控制软件中去；(2)取0.1428g的胶原然后放入到10ml的料筒中，再取7ml的乙酸，溶解静置，然后放入搅拌子用水浴锅搅拌4～6h，再复合纳米纤维溶液得到混合溶液；(3)将制备好的溶液注入料筒中，然后将喷头结构通过螺钉组安装在三维运动机构的Z轴运动滑块上，通过气泵提供气体的压力在成型台上挤压料筒中混合溶液；(4)根据预设的皮肤支架组织结构与坐标G代码，在计算机的控制程序下，在成型台上的指定位置进行支架的打印。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种制备皮肤组织的启动挤压喷头生物3D打印成型系统及成型方法，结构新颖，工作原理清晰，具体优点如下：1)本专利技术专利的Y轴通过双电机控制，从而保证了保证喷头的在空间运动的精度；2)本专利技术专利的成型台固定安装在底板上，从而避免了每次打印都要对打印机的喷头进行对心设置；3)由于压缩气体构成的压力系统具有微动，高柔性，容易控制等特点，可以近似提供静压的压力满足气动式喷出技术要求，可以提高支架组织的力学性能和结构特征满足人体的某些特定要求。附图说明图1是本专利技术系统组成结构示意图。图2是本专利技术系统的右视结构示意图。图3是本专利技术系统成型工艺流程示意图。图中：喷头装置1、上端接气口1-1、料筒1-2、针头1-3、螺钉组1-4、三维运动机构2、X轴运动机构2-1、X轴控制电机2-1-1、X轴运动滑块2-1-2、X轴丝杠2-1-3、X轴光栅2-1-4、X轴光栅读数头2-1-5、Y1轴运动机构2-2、Y1轴运动滑块2-2-1、Y1轴控制电机2-2-2、Y1轴丝杠2-2-3、Y1轴光栅2-2-4、Y1轴光栅读数头2-2-5、Y2轴运动机构2-3、Y2轴运动滑块2-3-1、Y2轴控制电机2-3-2、Y2轴丝杠2-3-3、Y2轴光栅2-3-4、Y2轴光栅读数头2-3-5、Z轴运动机构2-4、Z轴运动滑块2-4-1、Z轴控制电机2-4-2、Z轴丝杠2-4-3、Z轴光栅2-4-4、Z轴光栅读数头2-4-5、成型台3、控制系统4、计算机4-1、控制器4-2、底板5。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1-3所示，一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，包括底板5以及由计算机4-1和控制器4-2组成的控制系统4，成型系统还由喷头装置1、三维运动机构2和成型台3组成；喷头装置1由上端接气口1-1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，包括底板(5)以及由计算机(4‑1)和控制器(4‑2)组成的控制系统(4)，其特征在于：所述成型系统还由喷头装置(1)、三维运动机构(2)和成型台(3)组成；所述喷头装置(1)由上端接气口(1‑1)、料筒(1‑2)、针头(1‑3)和螺钉组(1‑4)构成；所述三维运动机构(2)由X轴运动机构(2‑1)、Y1轴运动机构(2‑2)、Y2轴运动机构(2‑3)和Z轴运动机构(2‑4)构成；所述X轴运动机构(2‑1)由X轴控制电机(2‑1‑1)、X轴运动滑块(2‑1‑2)、X轴丝杠(2‑1‑3)、X轴光栅(2‑1‑4)和X轴光栅读数头(2‑1‑5)构成；所述Y1轴运动机构(2‑2)由Y1轴控制电机(2‑2‑2)、Y1轴运动滑块(2‑2‑1)、Y1轴丝杠(2‑2‑3)、Y1轴光栅(2‑2‑4)和Y1轴光栅读数头(2‑2‑5)构成；所述Y2轴运动机构(2‑3)由Y2轴控制电机(2‑3‑2)、Y2轴运动滑块(2‑3‑1)、Y2轴丝杠(2‑3‑3)、Y2轴光栅(2‑3‑4)和Y2轴光栅读数头(2‑3‑5)构成；所述Z轴运动机构(2‑4)由Z轴控制电机(2‑4‑2)、Z轴运动滑块(2‑4‑1)、Z轴丝杠(2‑4‑3)、Z轴光栅(2‑4‑4)和Z轴光栅读数头(2‑4‑5)构成；所述喷头装置(1)通过螺钉组(1‑4)安装在所述Z轴运动滑块(2‑4‑1)上，所述成型台(3)固定安装在所述底板(5)上，所述X轴运动机构(2‑1)通过焊接安装在所述Y1轴运动滑块(2‑2‑1)与Y2轴运动滑块(2‑3‑1)上。...

【技术特征摘要】
1.一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，包括底板(5)以及由计算机(4-1)和控制器(4-2)组成的控制系统(4)，其特征在于：所述成型系统还由喷头装置(1)、三维运动机构(2)和成型台(3)组成；所述喷头装置(1)由上端接气口(1-1)、料筒(1-2)、针头(1-3)和螺钉组(1-4)构成；所述三维运动机构(2)由X轴运动机构(2-1)、Y1轴运动机构(2-2)、Y2轴运动机构(2-3)和Z轴运动机构(2-4)构成；所述X轴运动机构(2-1)由X轴控制电机(2-1-1)、X轴运动滑块(2-1-2)、X轴丝杠(2-1-3)、X轴光栅(2-1-4)和X轴光栅读数头(2-1-5)构成；所述Y1轴运动机构(2-2)由Y1轴控制电机(2-2-2)、Y1轴运动滑块(2-2-1)、Y1轴丝杠(2-2-3)、Y1轴光栅(2-2-4)和Y1轴光栅读数头(2-2-5)构成；所述Y2轴运动机构(2-3)由Y2轴控制电机(2-3-2)、Y2轴运动滑块(2-3-1)、Y2轴丝杠(2-3-3)、Y2轴光栅(2-3-4)和Y2轴光栅读数头(2-3-5)构成；所述Z轴运动机构(2-4)由Z轴控制电机(2-4-2)、Z轴运动滑块(2-4-1)、Z轴丝杠(2-4-3)、Z轴光栅(2-4-4)和Z轴光栅读数头(2-4-5)构成；所述喷头装置(1)通过螺钉组(1-4)安装在所述Z轴运动滑块(2-4-1)上，所述成型台(3)固定安装在所述底板(5)上，所述X轴运动机构(2-1)通过焊接安装在所述Y1轴运动滑块(2-2-1)与Y2轴运动滑块(2-3-1)上。2.一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，其特征在于：所述针头的内径为0.06～0.51mm。3.一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，其特征在于：所述上端接气口(1-1)通过软管和气泵连接，针头(1-3)通过螺纹连接安装在料筒(1-2)的底部。4.一种制备皮肤组织的气动挤压喷头生物3D打印成型系统，其特征在于：所述X轴控制电机(2-1-1)通过螺钉安装在X轴运动机构(2-1)的外板处，X轴丝杠(2-1-3)通过螺纹连接安装在X轴控制电机(2-1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，陈冬冬，吴鹏鹏，周骥平，姜亚妮，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32