一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，涉及打印设备领域。该打印系统包括六自由度运动装置和多种挤出套件，六自由度运动装置包括固定于安装台的X轴移动平台和Z轴移动平台，可滑动地安装于X轴移动平台的Y轴移动平台，可滑动地安装于Y轴移动平台的XY旋转轴，可转动地安装于XY旋转轴的YZ旋转轴，可转动地安装于YZ旋转轴的XZ旋转轴，可滑动地安装于Z轴移动平台的悬臂，挤出套件安装于悬臂上，挤出套件可运动至XZ旋转轴的上方实现在XZ旋转轴的曲面上打印。本发明专利技术可进行多达六种不同的运动自由度，并且可实现多种不同材料在同一曲面组织的打印，为曲面打印提供了良好的可行性。打印提供了良好的可行性。打印提供了良好的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统


[0001]本专利技术涉及打印设备领域，具体而言，涉及一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统。

技术介绍

[0002]人体组织按照结构来分，可大致分为膜片状、实体状、空心曲面等。其中空心曲面组织充斥着我们的全身，小到几个微米的毛细血管，大到几个厘米的气管，对人体正常功能的维持起到了重要的作用。然而，由于具有活性的生物墨水材料力学支撑性差，传统3D打印层层堆叠的方式难以对其进行体外精准重建；其次，人体空心曲面组织存在异质性，在一个管路通道中可能存在多种细胞，比如血管由三层不同的细胞组成，从内到外分别为内皮细胞、平滑肌细胞、上皮细胞；另外，气管不但从内到外存在三种不同组织，即黏膜层、软骨层、上皮层，同时不同区域的同一层也存在异质性，即软骨层的尾端存在平滑肌的连接。因此，空心曲面组织的体外精准重建一直是生物3D打印的一大挑战。
[0003]鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其能够实现多达六种不同的运动自由度，为曲面打印提供了良好的可行性，同时，挤出套件可以实现多种材料的打印，克服了打印异质性曲面组织结构的挑战。
[0005]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其包括六自由度运动装置和多种挤出套件，所述六自由度运动装置包括安装台、悬臂、X轴移动平台、Y轴移动平台、Z轴移动平台、XY旋转轴、YZ旋转轴和XZ旋转轴，所述X轴移动平台和所述Z轴移动平台固定于所述安装台，所述Y轴移动平台通过X轴滑块可滑动地安装于所述X轴移动平台，所述XY旋转轴通过Y轴滑块可滑动地安装于所述Y轴移动平台，所述YZ旋转轴可转动地安装于所述XY旋转轴，所述XZ旋转轴可转动地安装于所述YZ旋转轴，所述悬臂通过Z轴滑块可滑动地安装于所述Z轴移动平台，多种所述挤出套件安装于所述悬臂上，所述挤出套件可运动至所述XZ旋转轴的上方实现在所述XZ旋转轴的曲面上打印。
[0007]在可选的实施方式中，所述用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统得精度满足特征(1)
‑
特征(4)中的至少一个；
[0008]特征(1)：所述X轴滑块分辨率不大于30nm；所述Y轴滑块分辨率不大于30nm；所述Z轴滑块分辨率不大于100nm；
[0009]特征(2)：所述X轴滑块和所述Y轴滑块的重复定位精度
±
0.5μm，所述Z轴滑块的重复定位精度
±
1μm；
[0010]特征(3)：所述XY旋转轴的运动精度不大于0.001度；所述XZ旋转轴的运动精度不大于0.001度；所述YZ旋转轴的运动精度不大于0.001度；
[0011]特征(4)：所述XY旋转轴、所述YZ旋转轴和所述XZ旋转轴的重复定位精度均不大于0.003度。
[0012]在可选的实施方式中，所述挤出套件包括气动挤出装置、机械挤出装置、光固化装置和喷墨装置中的至少一种，所述气动挤出装置、所述机械挤出装置、所述光固化装置和所述喷墨装置均与所述悬臂可拆卸连接。
[0013]在可选的实施方式中，所述气动挤出装置包括气动安装板以及安装于所述气动安装板上的供气管、适配器、注射器针筒和气动针头，所述注射器针筒安装于所述适配器内，所述适配器与所述供气管连通，所述气动针头安装于所述注射器针筒远离所述适配器的一端；
[0014]优选地，所述气动挤出装置还包括隔热保温块、散热片和风扇，所述隔热保温块套设于所述注射器针筒的外表面，所述散热片安装于所述隔热保温块的外表面，所述风扇安装于所述散热片的外表面。
[0015]在可选的实施方式中，所述机械挤出装置包括机械安装板以及安装于所述机械安装板上的微量注射器、机械活塞轴、机械活塞杆、活塞杆止动器和机械针头，所述机械活塞轴插设于所述微量注射器内，所述机械活塞杆连接至所述机械活塞轴远离所述微量注射器的一端以带动所述机械活塞轴在所述微量注射器内运动，所述活塞杆止动器与所述机械活塞杆远离所述机械活塞轴的一端连接，所述机械针头连接至所述微量注射器远离所述机械活塞轴的一侧。
[0016]在可选的实施方式中，所述机械挤出装置还包括锁紧螺钉、限位机构和垫圈，所述微量注射器穿过所述限位机构且由所述锁紧螺钉固定，所述垫圈安装于所述锁紧螺钉的上表面。
[0017]在可选的实施方式中，所述光固化装置包括光固化安装板、微分进给器、光固化活塞杆、光固化注射器、光固化针头、UV可调光源和万向调节器，所述光固化安装板上设置有进给滑块，所述微分进给器驱动所述进给滑块可滑动地安装于所述光固化安装板上，所述光固化活塞杆与所述进给滑块连接，所述光固化活塞杆插设于所述光固化注射器内且能够相对于所述光固化注射器运动，所述光固化针头与所述光固化注射器连通，所述UV可调光源与所述光固化安装板连接，所述UV可调光源通过所述万向调节器安装于所述光固化安装板。
[0018]在可选的实施方式中，所述喷墨装置包括料筒、流体通道和用于将流体进行雾化的压电换能器，所述料筒的底部开设有流体入口，所述流体通道与所述流体入口连通，所述流体通道的底部开设有雾化液体出口，所述压电换能器安装于所述流体通道的外侧。
[0019]在可选的实施方式中，所述用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统还包括打印腔体和环境控制装置，所述六自由度运动装置和所述挤出套件均设置于所述打印腔体内，所述环境控制装置包括恒温恒湿机构、风管和洁净控制箱，所述恒温恒湿机构设置有进风口，所述风管的两端分别与所述恒温恒湿机构和所述洁净控制箱连通，所述风管上设置有风机。
[0020]在可选的实施方式中，所述风管上设置有第一过滤网；所述洁净控制箱内设置有UV灭菌灯、第二过滤网和出风口，所述风管连接至所述第二过滤网的上方，所述UV灭菌灯设置于所述第二过滤网的下方，所述出风口设置于所述UV灭菌灯的下方，所述第二过滤网的
网孔小于所述第一过滤网的网孔。
[0021]本专利技术实施例的有益效果包括，例如：
[0022]本专利技术实施例提供了一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其利用六自由度运动装置中X轴移动平台、Y轴移动平台、Z轴移动平台、XY旋转轴、YZ旋转轴和XZ旋转轴的配合，实现作为打印曲面的XZ旋转轴可以进行多达六种不同的运动自由度，为曲面打印提供了良好的可行性。同时，本专利技术通过利用含有不同细胞的打印材料，分别装入不同的挤出套件中，可以实现多种不同材料在同一曲面组织的打印，克服了打印异质性曲面结构的挑战，同时本专利技术的精度高，可以对各种曲面组织进行精准的体外重建。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其特征在于，其包括六自由度运动装置和多种挤出套件，所述六自由度运动装置包括安装台、悬臂、X轴移动平台、Y轴移动平台、Z轴移动平台、XY旋转轴、YZ旋转轴和XZ旋转轴，所述X轴移动平台和所述Z轴移动平台固定于所述安装台，所述Y轴移动平台通过X轴滑块可滑动地安装于所述X轴移动平台，所述XY旋转轴通过Y轴滑块可滑动地安装于所述Y轴移动平台，所述YZ旋转轴可转动地安装于所述XY旋转轴，所述XZ旋转轴可转动地安装于所述YZ旋转轴，所述悬臂通过Z轴滑块可滑动地安装于所述Z轴移动平台，多种所述挤出套件安装于所述悬臂上，所述挤出套件可运动至所述XZ旋转轴的上方实现在所述XZ旋转轴的曲面上打印。2.根据权利要求1所述的用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其特征在于，所述用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统得精度满足特征(1)
‑
特征(4)中的至少一个；特征(1)：所述X轴滑块分辨率不大于30nm；所述Y轴滑块分辨率不大于30nm；所述Z轴滑块分辨率不大于100nm；特征(2)：所述X轴滑块和所述Y轴滑块重复定位精度
±
0.5μm，所述Z轴滑块的重复定位精度
±
1μm；特征(3)：所述XY旋转轴的运动精度不大于0.001度；所述XZ旋转轴的运动精度不大于0.001度；所述YZ旋转轴的运动精度不大于0.001度；特征(4)：所述XY旋转轴、所述YZ旋转轴和所述XZ旋转轴的重复定位精度均不大于0.003度。3.根据权利要求1所述的用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其特征在于，所述挤出套件包括气动挤出装置、机械挤出装置、光固化装置和喷墨装置中的至少一种，所述气动挤出装置、所述机械挤出装置、所述光固化装置和所述喷墨装置均与所述悬臂可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其特征在于，所述气动挤出装置包括气动安装板以及安装于所述气动安装板上的供气管、适配器、注射器针筒和气动针头，所述注射器针筒安装于所述适配器内，所述适配器与所述供气管连通，所述气动针头安装于所述注射器针筒远离所述适配器的一端；所述气动挤出装置还包括隔热保温块、散热片和风扇，所述隔热保温块套设于所述注射器针筒的外表面，所述散热片安装于所述隔热保温块的外表面，所述风扇安装于所述散热片的外表面。5.根据权利要求3所述的用于曲面组织体外重建的多自由度生物3D打印系统，其特征在于，所述机械挤出装置包括机械安装板以及安装于...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯东旭，杨熙，张小康，周晨，杨凯，
申请(专利权)人：苏州诺普再生医学有限公司，
类型：发明
国别省市：