一种子母式生物3D打印机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种子母式生物3D打印机，这种生物打印系统由子机和母机两个分系统组成，子机包括子机生物墨盒模块、子机材料进给模块、握把模块、创口扫描模块等基本功能组件，结构轻巧便于携带且方便易用，可以作为一种急救设备跟随救援人员或是小型移动平台在第一线对伤员执行伤口扫描、止血、抗菌、施药等应急处理；母机由打印机框架、母机生物墨盒模块、母机材料进给模块、打印平台、三轴运动模组、转轴机构、高压静电电源、计算机控制系统及超净台等基本功能单元组成，精准多能，可以实现活细胞、生物材料、药物等3D可控打印，镍钛合金血管支架的生物膜涂敷，人工血管制造以及深度大范围伤口的精准修复治疗。

A seed mother bio 3D printer

【技术实现步骤摘要】
一种子母式生物3D打印机
本技术涉及3D打印
，更具体的说是涉及一种子母式生物3D打印机。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，人们对精准医疗的需求日益迫切，这给组织工程、生物制造及医疗器械快速成形技术的研究和广泛应用带来前所未有的机遇。生物3D打印是一种融合组织工程、生物制造与快速成形技术的新兴制造工艺，这种工艺基于“分层制造，层叠堆积”原理通过生物材料空间可控沉积来构建类组织结构。由于其具备多材料复杂结构体的快速、精确成形的特点，可以在空间上模拟体内组织结构实现特定细胞、细胞外基质及支撑材料的精准有序排列，因此近年来生物3D打印在药物筛选模型、可控缓释药物、人工移植体的制造领域得到越来越广泛地应用。目前的生物打印机大多基于三轴运动机构实现在平面上的立体成形，这意味着在实现上述功能的同时，面对抢险救灾、海上救援和野外作战保障等环境下的开放性胸部伤、开放性腹部伤、四肢伤、烧伤的救治与修复，现在的生物打印系统结构复杂、体积质量大、工作环境要求高、对操作人员具有较高的专业素养要求、使用门槛高，限制了其作为一种急救设备跟随救援人员或是小型移动平台在第一线对伤员进行急救的能力。同时，海洋和野外抢险及作战保障的特殊环境条件决定了打印所需的创伤部位精确医学数字模型通常需要在送往大型综合性医疗机构之后才能通过CT、MRI等设备获取并用于伤情诊断和手术方案确定以及组织修复结构的制造，这样往往耽误最佳抢救时机。因此，如何提供一种便于操作，及时救治伤者的生物3D打印机是本领域技术人员亟需解决的问题。<br>
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种子母式生物3D打印机，由子机和母机两个子系统组成，子机结构轻巧便于携带且方便易用，可以执行伤口扫描、止血、抗菌、施药等应急处理；母机精准多能，可以实现活细胞、生物材料、药物等3D可控打印，镍钛合金血管支架的生物膜涂敷，人工血管制造以及深度大范围伤口的精准修复治疗。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种子母式生物3D打印机，包括：便携式生物3D打印机和生物打印工作站；所述便携式生物3D打印机通过无线方式与所述生物打印工作站连接；其中，所述生物打印工作站包括：打印工作站喷头、打印机框架、打印平台、三轴运动模组、母机高压静电电源、计算机控制系统及超净台；所述超净台的台面上安装所述打印机框架；所述超净台的台面下放置所述母机高压静电电源和计算机控制系统；所述三轴运动模组包括XY平面运动机构和Z轴运动机构；所述XY平面运动机构安装在所述打印机框架的顶部横梁上；所述XY平面运动机构上的X轴滑块与所述打印工作站喷头固定连接；所述Z轴运动机构与所述打印平台固定连接；所述计算机控制系统均与所述打印工作站喷头、所述母机高压静电电源、所述三轴运动模组电性连接。通过上述的技术方案，采用子母机概念设计研发，其中便携式生物3D打印机对现有打印机的功能进行取舍，在保留了材料进给、打印速度控制，高压静电施加等关键功能的基础上对全系统进行集成优化，使得整机结构轻巧便于携带且方便易用，可以跟随救援人员或是小型移动平台在第一线对伤员进行伤口止血、抗菌、施药等应急处理；细胞生物打印工作站则具备活细胞、生物材料、药物等3D可控打印，镍钛合金血管支架的生物膜涂敷，人工血管制造以及深度大范围伤口的精准修复治疗等功能特点。优选的，所述便携式生物3D打印机，包括子机生物墨盒模块、子机材料进给模块、握把模块；其中，所述子机生物墨盒模块依次与所述子机材料进给模块、握把模块进行连接；所述子机生物墨盒模块内部设有子机高压静电喷嘴，和位于所述子机高压静电喷嘴后端的注射器，所述注射器设有注射器活塞；所述子机材料进给模块内部设有子机步进电机、与所述子机步进电机传动连接的丝杠，以及套接在所述丝杠上的活塞推板；所述活塞推板伸入所述子机生物墨盒模块并与所述注射器活塞末端相抵接；通过子机步进电机与丝杠之间的传动关系，带动活塞推板对注射器活塞施加推力的作用，结构简单紧凑，且便于推动速度和方向的调节。所述握把模块内部设有控制卡、电机驱动、子机高压静电电源；所述握把模块外部设有电源插座、液晶显示器和控制开关；所述控制卡电连接所述电机驱动、电源插座、液晶显示屏和控制开关；所述电机驱动连接所述子机步进电机，并控制所述子机步进电机的启停和转向；所述控制开关位于所述握把模块的后端面上，包括控制子机步进电机启停的启停开关，以及控制子机步进电机转向的切换开关；所述液晶显示器一侧安装有与所述控制卡电连接的操作按钮，进行子机材料进给模块的工作参数设定；所述电源插座连接直流电源；所述子机高压静电电源连接所述子机高压静电喷嘴。优选的，所述注射器内装填含有止血、抑菌等药物的生物材料。优选的，所述便携式生物3D打印机还包括：创口扫描模块；所述创口扫描模块安装在所述子机材料进给模块侧部。优选的，所述子机高压静电喷嘴内部设有金属电极，所述注射器的针头插入所述金属电极的正极与负极间，对针头施加高压静电。优选的，所述子机高压静电喷嘴内部沿中轴设有带锥度的导向孔，所述导向孔两侧设有用于安装所述金属电极的插槽。优选的，所述子机生物墨盒模块内部前端设有定位套筒，所述定位套筒的内径与所述注射器的外径相匹配。定位套筒能够防止注射器在子机生物墨盒模块内发生位移，影响推动力度和方向的控制。优选的，所述子机生物墨盒模块与所述子机材料进给模块插接；并通过螺丝与所述子机材料进给模块固定连接；所述子机生物墨盒模块的壳体两侧内壁设有至少一对插接公头一和至少一对插接母头二；所述子机材料进给模块的壳体两侧内壁设有与所述插接公头一相匹配的插接母头一，以及与所述插接母头二相匹配的插接公头二。通过插拔方式使得和子机生物墨盒模块进行对接安装更加方便快捷。配合蝶形螺母的紧固调节，能够提升连接的稳定性。优选的，所述子机生物墨盒模块的外壳表面在所述注射器的管体和/或所述注射器活塞的对应位置设有观察窗。注射器的管体对应位置的观察窗方便对注射器内生物材料余量的监测，以便及时更换；通过注射器活塞对应位置的观察窗能够了解当前注射器活塞位置及活塞推板位置，便于对注射器的安装、更换操作。优选的，所述丝杠通过所述子机材料进给模块后端的通孔向外伸出，能够在应急条件下通过手动旋转的方式操纵活塞推板进行材料进给。优选的，所述子机材料进给模块内部还设有与所述丝杠平行的导向轴，所述导向轴的两端固定在所述子机材料进给模块的壳体内壁上；所述活塞推板套设在所述导向轴上，并与所述导向轴滑动连接。导向轴对活塞推板的运动起到导向作用，增加了活塞推板运动的稳定性。优选的，所述子机材料进给模块的壳体上一体连接有电机外罩，具有防护功能。所述电源插座连接直流电源；便携式生物3D打印机使用12V直流电。所述子机高压静电电源由直流电源供电，并连接所述子机高压静电喷嘴。优选的，所述握把模块内部还设有电池，所述电池连接所述电源插座进行充电，所述电池连接所述控制卡，为所述握把模块和所述子机材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种子母式生物3D打印机，其特征在于，包括：便携式生物3D打印机和生物打印工作站；所述便携式生物3D打印机通过无线方式与所述生物打印工作站连接；/n其中，所述生物打印工作站包括：打印工作站喷头、打印机框架、打印平台、三轴运动模组、母机高压静电电源、计算机控制系统及超净台；/n所述超净台的台面上安装所述打印机框架；所述超净台的台面下放置所述母机高压静电电源和计算机控制系统；所述三轴运动模组包括XY平面运动机构和Z轴运动机构；所述XY平面运动机构安装在所述打印机框架的顶部横梁上；所述XY平面运动机构上的X轴滑块与所述打印工作站喷头固定连接；所述Z轴运动机构与所述打印平台固定连接；所述计算机控制系统均与所述打印工作站喷头、所述母机高压静电电源、所述三轴运动模组电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种子母式生物3D打印机，其特征在于，包括：便携式生物3D打印机和生物打印工作站；所述便携式生物3D打印机通过无线方式与所述生物打印工作站连接；
其中，所述生物打印工作站包括：打印工作站喷头、打印机框架、打印平台、三轴运动模组、母机高压静电电源、计算机控制系统及超净台；
所述超净台的台面上安装所述打印机框架；所述超净台的台面下放置所述母机高压静电电源和计算机控制系统；所述三轴运动模组包括XY平面运动机构和Z轴运动机构；所述XY平面运动机构安装在所述打印机框架的顶部横梁上；所述XY平面运动机构上的X轴滑块与所述打印工作站喷头固定连接；所述Z轴运动机构与所述打印平台固定连接；所述计算机控制系统均与所述打印工作站喷头、所述母机高压静电电源、所述三轴运动模组电性连接。


2.根据权利要求1所述的一种子母式生物3D打印机，其特征在于，所述便携式生物3D打印机，包括子机生物墨盒模块、子机材料进给模块、握把模块；其中，所述子机生物墨盒模块依次与所述子机材料进给模块、握把模块进行连接；
所述子机生物墨盒模块内部设有子机高压静电喷嘴，和位于所述子机高压静电喷嘴后端的注射器，所述注射器设有注射器活塞；
所述子机材料进给模块内部设有子机步进电机、与所述子机步进电机传动连接的丝杠，以及套接在所述丝杠上的活塞推板；所述活塞推板伸入所述子机生物墨盒模块并与所述注射器活塞末端相抵接；
所述握把模块内部设有控制卡、电机驱动、子机高压静电电源；所述握把模块外部设有电源插座、液晶显示器和控制开关；所述控制卡电连接所述电机驱动、电源插座、液晶显示屏和控制开关；所述电机驱动连接所述子机步进电机，并控制所述子机步进电机的启停和转向；所述控制开关位于所述握把模块的后端面上，包括控制子机步进电机启停的启停开关，以及控制子机步进电机转向的切换开关；所述液晶显示器一侧安装有与所述控制卡电连接的操作按...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宪浩，刘媛媛，姚骏峰，张毅，陈晨，罗均，谢少荣，蒲华燕，彭艳，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：新型
国别省市：上海;31