桌面级生物3D打印系统技术方案

桌面级生物3D打印系统，该打印系统包括箱体，箱体内设置三轴向平移机构，喷头组件和载物台，三轴向平移机构包括X轴向平移组件，Y轴向平移组件和Z轴向平移组件，喷头组件安装于Z轴向平移组件，喷头组件包括储料桶，恒温夹持件和喷嘴，储料桶装夹在恒温夹持件内；箱体为恒温箱。本发明专利技术的优点在于：将3D打印系统的箱体设置为恒温箱，实现打印环境温度的恒温控制，实现对物料在物料桶内的温度控制、物料从物料桶挤出后的环境温度控制和物料达到载物台之后的温度控制、三级温控，并且每一级温控模块都能独立控制不同温度场，适应不同打印温度需求的组织器官的打印任务。

Desktop biological 3D printing system

【技术实现步骤摘要】
桌面级生物3D打印系统
本专利技术涉及一种生物3D打印系统。
技术介绍
人体组织器官的损伤和缺陷不仅对人类生活质量、社会医疗资源造成了巨大的压力，还会对人类的生命健康造成巨大的威胁。资料显示，北美每年约有八百多万人次需要进行组织或器官的手术休息，在医疗方面的支出多达数百亿美元。自体组织移植这种“损一处补另一处”的方法存在许多缺陷，例如供体器官的数量有限、在异体移植之后，宿主自身会产生免疫排斥等。在临床应用中具有局限性。组织工程日益受到重视，并且发挥着越来越重要的作用。组织工程是将特定的生物学活性的织细胞与生物材料相结合，在体外或体内构建组织和器官，以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官的一门科学。组织工程技术的基本原理可以表述为，利用生物相容性良好的生物材料承载组织细胞(或者干细胞)，形成细胞—生物材料复合物，然后将它植入到体内特定位置，或体外特定环境下，在生物材料逐步降解的同时，细胞生长形成新的具有特定形态结构及功能的相应组织。现有的生物3D打印机通常只对喷头组件和载物台进行温度控制，并且，载物台的温度控制件通常与器皿的底部接触，依靠器皿底部对成型组织进行温度控制。3D打印机内部的环境温度控制在现有技术中被忽略，物料从打印喷头挤出、到达器皿底部之前，温度无法控制；这种温度控制方式对结构复杂的异质器官的构建能力弱。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在生物3D打印全过程精确控温的桌面级生物3D打印系统。桌面级生物3D打印系统，包括箱体，箱体内设置三轴向平移机构，喷头组件和载物台，三轴向平移机构包括X轴向平移组件，Y轴向平移组件和Z轴向平移组件，喷头组件安装于Z轴向平移组件，喷头组件包括储料桶，恒温夹持件和喷嘴，储料桶装夹在恒温夹持件内；箱体为恒温箱。优选的，箱体包括内箱体和外箱体，内箱体和外箱体之间设有加热制冷件，加热制冷件具有温度控制器。加热制冷件作为热源或制冷源控制箱体内的环境温度，使物料从储料桶挤出后仍然能够在所需的温度场内。优选的，内箱体和外箱体之间有空腔，空腔内设有风扇。加热制冷件作为热源或者制冷源，风扇将空腔内的空气与加热制冷件进行热交换，使温度场均匀分布；加热制冷件的热量通过风扇产生的风吹到内腔，从而维持内腔温度。当然，恒温箱的温度控制还可以是其他形式，比如用油温控制，将内箱体和外箱体做成密封的容腔，容腔与外接油温机配合，油液不断在容腔内循环，达到对打印机内部环境温度的控制。用油等作为热量的载体，这样的话加热方式就是再容腔外部通过油等热量载体对整体加热/制冷。优选的，载物台包括冷却平台和打印器皿，打印器皿放置于冷却平台上。冷却平台对打印器皿进行温度控制。优选的，冷却平台为水冷却系统，冷却平台与外接冷却水源相连，冷却平台具有冷却水腔或者冷却盘管。冷却水的温度可以是在外接冷却水源处已控制好温度，然后循环的送入冷却平台内。优选的，X轴向平移组件包括设置于X轴向的直线模组，Y轴向平移组件包括设置于Y轴向的直线模组和Y轴向导轨，Z轴向平移组件包括设置于Z轴向的直线模组，Y轴向平移组件固定于箱体底部，X轴向平移组件安装在Y轴向平移组件上，Z轴向平移组件安装在X轴向平移组件上。也就是说，Y轴向平移组件与箱体固定，X轴向安装在Y轴向平移组件上、沿着Y轴向平移，Z轴向平移组件安装在X轴向平移组件上、沿着X轴向平移，喷头组件安装在Z轴向平移组件、沿着Z轴向平移，如此，实现喷头组件在X、Y、Z三个轴向的平移运动。优选的，Z轴向平移组件有多个，每个Z轴向平移组件上安装一个喷头组件。如此，可以实现多喷头打印。优选的，载物台上设有零位校准传感器，喷头组件的喷嘴尖端触碰零位校准传感器实现零位校准。零位校准作为3D打印机的全局坐标系原点，在校准后平台移动一定的位置(打印原点和零位校准原点之间的位置差)到达打印原点。优选的，喷嘴组件具有气动挤出模块，气动挤出模块设置于外箱体的背面，外箱体设有容纳气动挤出模块的容纳腔，容纳腔具有后开门。优选的，气动挤出模块包括气源和与气源连接的过滤器、干燥器、安全阀、压力表、比例压力阀和电磁换向阀；气源设置于箱体之外，过滤器、干燥器、安全阀、压力表、比例压力阀和电磁换向阀设置于外箱体内，气源通过管道接入箱体内。利用过滤器进行气源过滤，干燥器对气源气体进行干燥，三者组合保障整个系统的洁净安全；安全(减压)阀对系统最大压力进行限制，保障系统安全。采用比例压力阀调节气压，提供适合于打印的气压，电磁换向阀保证不同的部分工作时，能以不同的要求输出气体。优选的，喷头组件包括储料桶，与储料桶匹配的柱塞，温控模块和喷嘴，温控模块包括保温桶盖和保温桶底，储料桶具有被保温桶盖和保温桶底包裹在内的温控区域，温控区域与喷头之间的储料桶为保温区域，保温区域的储料桶设有保温套；保温桶盖和保温桶底密封连接形成介质腔或介质管道，介质腔或介质管道有加热电极。加热电极加热介质腔或介质管道内的介质，介质与储料桶进行热交换，达到对储料桶内物料的温度控制。本专利技术的优点在于：1、将3D打印系统的箱体设置为恒温箱，实现打印环境温度的恒温控制，实现对物料在物料桶内的温度控制、物料从物料桶挤出后的环境温度控制和物料达到载物台之后的温度控制、三级温控，并且每一级温控模块都能独立控制不同温度场，适应不同打印温度需求的组织器官的打印任务。2、高精度桌面级生物打印系统，通过三轴向平移机构、校检模块、三级温控模块和供料模块多模块耦合，通过多轴运动平台将整体运动解耦独立运动，并通过三级温控模块独立控制不同温度场，经过校准模块的自动校准，最终在打印工作区内提供构建出所需要的复杂异质组织器官的精度和成型质量；同时其操作简便性、空间压缩性能有助于研究人员以更少的时间、空间，获得更多的成果，提高了生物器官的3D打印效率，并从功能、结构上得到了提高。附图说明图1是本专利技术的立体示意图。图2是本专利技术的箱体的剖视图。图3是去除箱体后的示意图。图4是喷头组件的温控模块的示意图。图5是设置于外箱体背面的示意图。图中标识：箱体1，喷头组件2，载物台3，外箱体11，内箱体12，加热制冷件13，储料桶21，保温桶盖22，保温桶底23，保温套24，X向模组42，Z向模组43，Y向模组411，Y向导轨412，过滤器51，安全阀52，压力表53，干燥器54，比例压力阀55，电磁换向阀56。具体实施方式如图1所示，桌面级生物3D打印系统，包括箱体1，箱体1内设置三轴向平移机构，喷头组件2和载物台3，三轴向平移机构包括X轴向平移组件42，Y轴向平移组件411和Z轴向平移组件43，喷头组件2安装于Z轴向平移组件43，喷头组件2包括储料桶21，恒温夹持件和喷嘴，储料桶21装夹在恒温夹持件内；箱体1为恒温箱。如图2所示，箱体1包括内箱体12和外箱体11，内箱体12和外箱体11之间设有加热制冷件13，加热制冷件13具有温度控制器。加热制冷件13作为热源或制冷源控制箱体1内的环境温度，使物料从储料桶21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.桌面级生物3D打印系统，其特征在于：该打印系统包括箱体，箱体内设置三轴向平移机构，喷头组件和载物台，三轴向平移机构包括X轴向平移组件，Y轴向平移组件和Z轴向平移组件，喷头组件安装于Z轴向平移组件，喷头组件包括储料桶，恒温夹持件和喷嘴，储料桶装夹在恒温夹持件内；箱体为恒温箱。/n

【技术特征摘要】
1.桌面级生物3D打印系统，其特征在于：该打印系统包括箱体，箱体内设置三轴向平移机构，喷头组件和载物台，三轴向平移机构包括X轴向平移组件，Y轴向平移组件和Z轴向平移组件，喷头组件安装于Z轴向平移组件，喷头组件包括储料桶，恒温夹持件和喷嘴，储料桶装夹在恒温夹持件内；箱体为恒温箱。


2.如权利要求1所述的桌面级生物3D打印系统，其特征在于：箱体包括内箱体和外箱体，内箱体和外箱体之间设有加热制冷件，加热制冷件具有温度控制器。


3.如权利要求2所述的桌面级生物3D打印系统，其特征在于：内箱体和外箱体之间有空腔，空腔内设有风扇。


4.如权利要求1所述的桌面级生物3D打印系统，其特征在于：载物台包括冷却平台和打印器皿，打印器皿放置于冷却平台上。


5.如权利要求4所述的桌面级生物3D打印系统，其特征在于：冷却平台为水冷却系统，冷却平台与外接冷却水源相连，冷却平台具有冷却水腔或者冷却盘管。


6.如权利要求1所述的桌面级生物3D打印系统，其特征在于：X轴向平移组件包括设置于X轴向的直线模组，Y轴向平移组件包括设置于Y轴向的直线模组和Y轴向导轨，Z轴向平移组件包括设置于Z轴向的直线模组，Y轴向平移组件固定于箱体底部，X轴向平移组件安装在Y轴向平移组件上，Z轴向平移组件安装在X轴向平移组件上。

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，李琦，赵春晓，季清华，罗熠晨，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