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多喷头协同生物打印方法技术

技术编号:22557917 阅读:43 留言:0更新日期:2019-11-16 01:26
多喷头协同生物打印方法,执行以下操作:将所有喷头组件的喷嘴校准到世界坐标系原点,确定需要进行打印任务的喷头组件,喷头组件依次从原点开始打印任务;或者,喷头组件依次进行打印任务,前一个喷嘴组件的任务路径终点是后一个喷头组件的任务路径起点;或者,所有进行打印任务的喷头组件执行同一条打印路径,喷头组件全部到达零位后,同步地沿打印路径从零位开始打印任务。本发明专利技术的优点在于:本系统具有多个喷头组件能够协同或依次工作,打印模式灵活多变;对喷头组件的喷嘴尖端进行清洗、清洁,并保障在正式打印任务中物料的稳定输出;对工作器皿的外周式环绕温控和底部真空吸附装夹,有效保障成型活体结构的质量,提高活体组织的成活率。

A method of multi nozzle collaborative bioprinting

The multi nozzle collaborative biological printing method performs the following operations: calibrate the nozzles of all nozzle components to the origin of the world coordinate system, determine the nozzle components that need to be printed, and the nozzle components start the printing task from the origin in turn; or, the nozzle components carry out the printing task in turn, and the task path of the former nozzle component ends from the task path of the latter nozzle component Point; or, all the nozzle components that carry out the printing task execute the same printing path. When all the nozzle components reach the zero position, the printing task starts from the zero position synchronously along the printing path. The invention has the advantages that: the system has multiple nozzle components that can work together or in turn, and the printing mode is flexible; the nozzle tip of the nozzle component is cleaned and cleaned, and the stable output of materials in the official printing task is guaranteed; the outer circumference of the working utensil is surrounded by the temperature control and the bottom vacuum adsorption clamp, which effectively guarantees the quality of the molding living structure and improves the activity Survival rate of body tissue.

【技术实现步骤摘要】
多喷头协同生物打印方法
本专利技术涉及组织工程中的生物3D打印
,特别涉及一种高精度生物打印设备的多喷头协同生物打印方法。
技术介绍
全世界每年都有极其庞大数量的人员遭受各种类型的伤害导致组织缺损,或者发生一些重大疾病从而需要进行器官移植,产生巨大的组织器官修复需求。对于人体受损大块软组织及内脏器官的治疗,组织器官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解决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制备的支架上,来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内,替换原有病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就组织工程良好发展前景的有效例证。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。而在一个典型的生物打印设备中,最为关键的部分就是成形喷头系统。为了满足大尺寸复杂组织器官的制造需求,特别对于肝脏等具有明显单元性结构的组织器官,往往需要多种材料复合使用。再比如打印皮肤时候需要打印血管等组织,用单一喷头的话会有一个较长时间的更换喷头的过程,这样会影响效率,而且还有可能刚刚这边换好喷头了那边的水凝胶就固化了,如果采用同一个喷头多个输液通道的话,又会导致喷头处材料混合的问题;且无法同时打印,效率更低。市场上的单喷头以envisionTec为例,每次换材料都要移动喷头到新的喷头处,然后采用真空吸附的方式换刀,存在时间长、定位精度无法保证的问题。此外,如果打印类似肝细胞的离散六边形形状时,6块之间有空隙,会有较长时间的走线;这样严重限制了打印复杂器官的能力,打印时间过长,效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多喷头协作工作,提高复杂器官打印能力和效率的多喷头打印系统。生物3D打印系统,包括挤出式的喷头组件和载物台,喷头组件具有各自的喷嘴、储料桶和温控模块;驱动喷头组件沿三轴向(X轴、Y轴和Z轴)平移的三轴向平移机构,三轴向平移机构包括X轴向平移单元、Y轴向平移单元和Z轴向平移单元,喷头组件安装于Z轴向平移单元。喷头可以在XOY平面的任意一点移动,并沿Z轴向升降;喷头组件具有独立的储料、挤出和打印功能;载物台是承接喷头组件挤出的物料。温控模块保持储料桶内的温度,使物料保持在打印时需要的温度。多喷头打印系统作为优选的方案,喷头组件有多个,每个喷头组件有各自的喷头支架,喷头支架具有与Z轴向平移单元相连的固定部和与喷头组件相连的安装部;固定部和安装部呈倾角,喷头组件倾斜设置。喷头组件的倾斜指的是与Z轴交叉呈夹角,喷嘴斜向下设置,避免储料桶之间发生运动干涉,使多个喷头组件能够同时协同工作。作为优选的方案,喷头支架的固定部和安装部之间有角度调节机构。角度调节机构可以是设置于喷头支架和喷头组件之间的楔形块,或者,固定部和安装部铰接,安装部相对固定部转动,从而调节安装部与固定部之间的夹角,进而调节安装部上的喷头组件相对Z轴的角度。当达到指定角度时,将固定部和安装部之间的位置锁紧。锁紧的方式采用现有技术,比如:棘轮棘爪机构,紧固螺钉的方式等。优选的,喷嘴支架的截面呈直角三角形,喷嘴支架的斜边所在的面为安装部,喷嘴支架的其中一个直角边所在的面为固定部。喷嘴组件以在安装面内具有转动自由度。优选的,至少一个喷头组件具有旋转机构,旋转机构设置于安装部与喷头组件之间;旋转机构的转动自由度与喷头组件统一。旋转机构以固定部为基准面,在固定部所在的平面内带动喷头组件转动,从而调节喷嘴相对工作平台的角度,以及各喷嘴之间的相对角度。优选的,旋转机构包括旋转轴和旋转座,旋转座与喷头组件固定,旋转轴与喷头支架的安装部固定。对旋转座施加外力,旋转做绕旋转轴转动,进而带动喷头组件转动,调节喷嘴角度。优选的,旋转机构是机械转盘,转盘作为旋转座,转盘与喷头支架之间设置锁紧螺钉或锁紧螺栓。锁紧螺钉或锁紧螺栓未锁止转盘和喷头支架时,转盘可以被转动,调节喷嘴角度。当喷嘴角度调整好后,用锁紧螺钉或锁紧螺栓锁紧转盘和喷头支架,转盘和喷嘴被定位。或者,旋转轴与旋转电机相连。优选的,旋转机构上安装一个或多个喷头组件;和、或每个喷头支架上安装一个或多个喷头组件;和、或,每个喷头支架上安装多个喷头组件,每个喷头组件和喷头支架之间设有各自的旋转机构。如此,可以通过在喷头支架上安装多个喷头组件,达到灵活扩展喷头数量的目的,并且,扩展的喷头可以具有旋转自由度,也可以是固定位置。旋转机构的设置,使得喷头组件具有转动自由度,能够在行程范围内实现喷头尖端的任意角度位移,从而能够灵活的调节多个喷头组件之间的相对位置,使多喷头共点变成可能。多喷头共点,可以是在同一时刻内,多喷头对准同一指定点或区域。也可以是在不同的时间,喷头尖端对准同一个点或区域。三轴向平移机构作为优选的方案,每个喷头组件对应有各自的Z轴向平移单元;或者,至少两个喷头组件共用一个Z轴向平移单元。优选的,X向平移机构包括固定龙门,移动龙门,与移动龙门配合的X向龙门导轨和与载物台配合的载物台导轨;固定龙门和移动龙门上分别设有各自的Y向导轨和Z向导轨,Z向导轨可滑动地安装于Y向导轨上,喷头支架可滑动地安装于Z向导轨上;每个喷头支架对应一个的Z向导轨和、或多个喷头支架共用一个Z向导轨。也就是说,可以是每个喷头支架安装在各自的Z向导轨上,或者是,多个喷头支架都安装在一个Z向导轨上;或者是,有一个喷头支架对应一个Z向导轨的,同时也有几个喷头支架共用一个Z向导轨的。优选的,移动龙门和固定龙门对中,移动龙门上设有多个喷头组件,固定龙门上设有多个喷头组件。移动龙门的喷头组件的数量和固定龙门上的喷头组件的数量可以相同也可以不同。优选的,移动龙门的喷头组件和固定龙门上的喷头组件关于移动龙门和固定龙门的中间面对称。作为优选的方案,移动龙门有3个喷头组件,固定龙门有3个喷头组件,在同一个龙门的喷头组件、处于中间的喷头组件与喷头支架固定相连,其余喷头组件通过旋转机构与喷头支架连接。优选的,载物台导轨位于移动龙门和固定龙门之间。优选的,每个X向导轨的分别具有第一行程开关和第二行程开关,两个行程开关之间为运动行程。也就是说,移动龙门在其导轨的第一行程开关和第二行程开关之间平移;载物台在其导轨的第一行程开关和第二行程开关之间平移。三轴向平移机构能够实现任意一个喷头组件在三维坐标系的任意点的位置的迁移。多喷头共点打印作为优选的方案,打印系统具有共点校准传感器,所有喷头组件的喷嘴触碰到共点传感器时,所本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.多喷头协同生物打印方法,其特征在于:执行以下操作:将所有喷头组件的喷嘴校准到世界坐标系原点,确定需要进行打印任务的喷头组件,喷头组件依次从原点开始打印任务;或者,喷头组件依次进行打印任务,前一个喷嘴组件的任务路径终点是后一个喷头组件的任务路径起点;或者,所有进行打印任务的喷头组件执行同一条打印路径,喷头组件全部到达零位后,同步地沿打印路径从零位开始打印任务。/n

【技术特征摘要】
1.多喷头协同生物打印方法,其特征在于:执行以下操作:将所有喷头组件的喷嘴校准到世界坐标系原点,确定需要进行打印任务的喷头组件,喷头组件依次从原点开始打印任务;或者,喷头组件依次进行打印任务,前一个喷嘴组件的任务路径终点是后一个喷头组件的任务路径起点;或者,所有进行打印任务的喷头组件执行同一条打印路径,喷头组件全部到达零位后,同步地沿打印路径从零位开始打印任务。


2.如权利要求1所述的多喷头协同生物打印方法,其特征在于:使用共点校准传感器标志世界坐标系原点,以喷嘴的针尖触发交点作为喷头组件到达零位。


3.如权利要求1所述的多喷头协同生物打印方法,其特征在于:同一条打印路径中具有多种打印材料,则将打印材料对应的喷头组件选定为进行打印任务的喷头组件,每种材料对应的一段连续路径作为一个子路径;以任意子路径作为当前任务路径,将共点校准传感器移动到当前任务路径的起点,使当前任务路径对应的当前喷头组件移动到零位,共点校准传感器撤离;当前喷头组件沿当前任务路径运动;当前...

【专利技术属性】
技术研发人员:张斌李琦罗熠晨杨腾张波马梁杨华勇
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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