一种DLP 3D生物打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种DLP 3D生物打印机，包括工作台、光源系统、反射系统、打印成型系统、升降系统和控制系统；控制系统的硬件部分包括计算机和电气控制装置；生物墨水槽位于打印平台的下方，生物墨水槽的底面为可透光材料；计算机按照预先编好的程序调节打印平台与生物墨水槽之间的距离；光源系统包括用于将计算机切片处理好的三维模型切片投影至生物墨水槽的DLP投影设备；反射系统中的反射镜可在竖直方向上升降和自由转动；控制系统的软件部分进行模型操作、切片处理、参数设置后，控制光源系统将三维模型的各个图层切片有序投影至生物墨水槽。本发明专利技术结构紧凑、成型精度高、制造成本低，打印速度快，并且保证较高的细胞存活率。

【技术实现步骤摘要】
一种DLP3D生物打印机
本专利技术涉及一种3D生物打印机，尤其是涉及一种DLP(DigitalLightProcessing,数字光处理)3D生物打印机。
技术介绍
3D生物打印是将3D打印技术与生物医疗相结合所发展出的一个新兴研究领域。从狭义上讲，我们将操纵含细胞的生物墨水构造活性结构的过程称为3D生物打印，也可称为细胞打印。3D生物打印在理论上可以实现多细胞空间定向操作及不同细胞密度的可控沉积，恰好可以解决组织工程目前所面临的难题——难以保证支架内部孔道贯通、孔的形状多样和无法精确控制孔道尺寸，使其成为体外构建生物支架最为理想的手段。3D生物打印技术中同样有挤出式3D生物打印机和SLA(StereolithographyApparatus)3D生物打印机。挤出式3D生物打印机由于打印速度慢、打印精度低、对细胞产生机械或热损伤、以及支撑困难等问题，对比光固化式3D生物打印机具有明显的局限性；而SLA3D生物打印机的原理是通过控制激光器和振镜反射紫外光使生物墨水逐点固化成二维平面，进而逐层固化成三维结构，所以就造成了其制造成本高，打印时间长，紫外线对细胞有伤害等不足。目前组织工程领域亟需一种速度快、精度高、对细胞损伤小的生物打印机。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种低成本的桌面级DLP3D生物打印机，该DLP3D生物打印技术原理上同DLP3D打印技术相似，成型方式都是叠层制造，通过计算机软件将三维模型分层，逐层固化，随着Z轴的抬升各层叠加后成为三维实体。该DLP3D生物打印机使用的材料是由细胞、生物材料和生物活性因子混合而成的生物墨水，因此在打印工艺，机器结构及使用环境等方面也与3D打印有明显的区别。为了解决现有技术中3D生物打印机成本高、打印速度慢、精度低、细胞存活率低等问题。本专利技术提出的一种DLP3D生物打印机，包括工作台、光源系统、反射系统、打印成型系统、升降系统和控制系统；所述打印成型系统包括打印平台和生物墨水槽；所述控制系统包括软件和硬件两个部分，所述硬件部分包括与一计算机相连的电气控制装置；所述生物墨水槽位于所述打印平台的下方，并填充有生物墨水，所述生物墨水槽的底面的材料为可透光材料，并通过磁铁片与工作台紧固；所述升降系统是由电机丝杠组成的运动系统，并通过吊台和转接头与第一云台相连，所述第一云台与所述打印平台相连；所述光源系统包括卤素灯和DLP投影设备，所述DLP投影设备包括DMD装置，所述卤素灯发射可见光后，由DMD装置选择性反射所需图案，再经过滤光后，用于固化生物墨水；所述反射系统包括第二云台、伸缩杆和反射镜，所述伸缩杆设置在工作台的底部，第二云台设置在所述伸缩杆的顶部，所述反射镜通过球面副连接在所述第二云台上，从而实现所述反射镜在竖直方向上的升降和绕球面副球心的自由转动；所述升降系统和所述DLP投影设备均与所述电气控制装置相连；所述计算机通过运行软件部分进行模型操作、切片处理、参数设置，并控制光源系统将三维模型的各个图层切片有序投影至生物墨水槽。进一步讲，本专利技术的DLP3D生物打印机，所述工作台由铝合金型材支架组成，作为整个打印机的框架支撑，所述工作台包括上层、中层和下层，所述打印平台、生物墨水槽和升降系统布置在工作台的上层，所述电气控制装置布置在工作台的中层，所述DLP投影设备和反射系统布置在所述工作台的下层。所述计算机按照预先编好的程序通过电气控制装置控制所述升降系统的升降，用以调整所述打印平台与所述生物墨水槽之间的距离，实现打印平台有序运动。所述反射镜为单面反射镜。所述DLP投影设备位于所述生物墨水槽的下方，所述DLP投影设备的图形光路经所述反射系统从所述生物墨水槽的底部射入所述生物墨水槽中以照射其中的生物墨水；所述DLP投影设备用于将所述计算机切片处理好的三维模型切片投影至所述生物墨水槽。所述生物墨水包括生物水凝胶、细胞、活性稀释剂、光引发剂、紫外光吸收剂和生长因子，所述生物墨水在一定波长的可见光的照射下立刻引起聚合反应，完成固化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术DLP3D生物打印机是采用DLP投影技术结合生物墨水成型技术形成的一套系统。该系统部件简单、结构紧凑、成型精度高，打印速度更快。可实现高速高精度的生物打印，并且保证较高的细胞存活率；本专利技术在使用过程中产生噪声小，控制精准、制造成本低。附图说明图1为本专利技术DLP3D生物打印机的整体示意图。图2为本专利技术打印成型系统和升降系统的局部示意图。图中：1-工作台2-生物墨水槽3-升降系统4-打印平台5-计算机6-电气控制装置7-DLP投影设备8-反射系统9-第一云台10-第二云台11-伸缩杆12-反射镜13-磁铁片14-转接头具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。本专利技术DLP3D生物打印机的设计思路是，主要应用了数字微镜装置(DMD)来实现数字光学处理过程。DMD中数以万计的小反射镜反射光线的角度受视频信号控制，视频信号受数字光处理器DLP调制，把视频信号调制成等幅的脉宽调制信号，用脉冲宽度大小来控制小反射镜开、关光路的时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。据此，在本专利技术的技术方案中将光源换成一定波长的可见光光源，通过软件控制DMD上微镜开关功能，投射出各种模型切片形状的可见光，然后让投射出的可见光从生物墨水槽2底部透过，照射生物墨水，生物墨水就会固化成相应的切片形状，这样的切片形状如果逐层叠加，就会形成三维实体。如图1和图2所示，本专利技术提出的一种DLP3D生物打印机，包括工作台1、光源系统、反射系统8、打印成型系统、升降系统3和控制系统。所述工作台1由铝合金型材支架组成，作为整个打印机的框架支撑，所述工作台1包括上层、中层和下层。所述打印成型系统包括打印平台4和生物墨水槽2，所述打印平台4和生物墨水槽2布置在工作台1的上层。所述控制系统包括软件和硬件两个部分，所述硬件部分包括与一计算机7相连的电气控制装置6；所述电气控制装置6由驱动器和主板等构成并布置在工作台1的中层。所述生物墨水槽2位于所述打印平台4的(图中点划线表示的位置，即成型平面的位置)下方，并填充有生物墨水，所述生物墨水槽2的底面的材料为可透光材料，所述生物墨水槽2上端开口，底部透光，通过磁铁片13与工作台1顶部的支撑板相连，从而固定在整台打印机的顶部平面上。所述生物墨水包括生物水凝胶、细胞、活性稀释剂、光引发剂、紫外光吸收剂和生长因子，所述生物墨水在一定波长的可见光的照射下立刻引起聚合反应，完成固化。所述升降系统3布置在工作台1的上层，所述升降系统3是由电机丝杠组成的运动系统，并通过吊台和转接头14与第一云台9相连，所述第一云台9下方连接打印平台4，所述升降系统3与所述电气控制装置6相连。所述计算机5按照预先编好的程序通过电气控制装置6控制所述升降系统3的升降，实现打印平台4有序运动，用以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DLP 3D生物打印机，包括工作台(1)、光源系统、反射系统(8)、打印成型系统、升降系统(3)和控制系统；所述打印成型系统包括打印平台(4)和生物墨水槽(2)；所述控制系统包括软件和硬件两个部分，所述硬件部分包括与一计算机(7)相连的电气控制装置(6)；其特征在于，/n所述生物墨水槽(2)位于所述打印平台(4)的下方，并填充有生物墨水，所述生物墨水槽(2)的底面的材料为可透光材料，并通过磁铁片(13)与工作台(1)紧固；/n所述升降系统(3)是由电机丝杠组成的运动系统，并通过吊台和转接头(14)与第一云台(9)相连，所述第一云台(9)与所述打印平台(4)相连；/n所述光源系统包括卤素灯和DLP投影设备(7)，所述DLP投影设备(7)包括DMD装置，所述卤素灯发射可见光后，由DMD装置选择性反射所需图案，再经过滤光后，用于固化生物墨水；/n所述反射系统(8)包括第二云台(10)、伸缩杆(11)和反射镜(12)，所述伸缩杆(11)设置在工作台(1)的底部，第二云台(10)设置在所述伸缩杆(11)的顶部，所述反射镜(12)通过球面副连接在所述第二云台(10)上，从而实现所述反射镜(12)在竖直方向上的升降和绕球面副球心的自由转动；/n所述升降系统(3)和所述DLP投影设备(7)均与所述电气控制装置(6)相连；所述计算机(7)通过运行软件部分进行模型操作、切片处理、参数设置与打印控制，并控制光源系统将三维模型的各个图层切片有序投影至生物墨水槽(2)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种DLP3D生物打印机，包括工作台(1)、光源系统、反射系统(8)、打印成型系统、升降系统(3)和控制系统；所述打印成型系统包括打印平台(4)和生物墨水槽(2)；所述控制系统包括软件和硬件两个部分，所述硬件部分包括与一计算机(7)相连的电气控制装置(6)；其特征在于，
所述生物墨水槽(2)位于所述打印平台(4)的下方，并填充有生物墨水，所述生物墨水槽(2)的底面的材料为可透光材料，并通过磁铁片(13)与工作台(1)紧固；
所述升降系统(3)是由电机丝杠组成的运动系统，并通过吊台和转接头(14)与第一云台(9)相连，所述第一云台(9)与所述打印平台(4)相连；
所述光源系统包括卤素灯和DLP投影设备(7)，所述DLP投影设备(7)包括DMD装置，所述卤素灯发射可见光后，由DMD装置选择性反射所需图案，再经过滤光后，用于固化生物墨水；
所述反射系统(8)包括第二云台(10)、伸缩杆(11)和反射镜(12)，所述伸缩杆(11)设置在工作台(1)的底部，第二云台(10)设置在所述伸缩杆(11)的顶部，所述反射镜(12)通过球面副连接在所述第二云台(10)上，从而实现所述反射镜(12)在竖直方向上的升降和绕球面副球心的自由转动；
所述升降系统(3)和所述DLP投影设备(7)均与所述电气控制装置(6)相连；所述计算机(7)通过运行软件部分进行模型操作、切片处理、参数设置与打印控制，并控制光源系统将三维模型的各个图层切片有序投影至生物墨水槽(2)。


2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑淑贤，李沫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12