一种生物3D打印装置.pdf

本发明涉及一种生物3D打印装置，包括打印平台、三轴运动机构、挤丝机构、喷头和保温机构，三轴运动机构和打印平台分别安装在打印装置的底盘上，挤丝机构和三轴运动机构相连，喷头安装在挤丝机构上，并且喷头朝下指向打印平台，保温机构设在打印平台上。本发明喷头拆装方便，根据不同打印材料可选择安装不同的喷头，打印平台具有保温功能，既可加热也可制冷，满足高温材料和低温材料的打印要求，可定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品，使用灵活，使用范围广泛。

权利要求书
1.  一种生物3D打印装置，其特征在于包括打印平台（1）、三轴运动机构、挤丝机构（2）、喷头（3）和保温机构，三轴运动机构和打印平台（1）分别安装在打印装置的底盘（13）上，挤丝机构（2）和三轴运动机构相连，所述的喷头（3）安装在所述的挤丝机构（2）上，并且喷头（3）朝下指向所述的打印平台（1），保温机构设在所述的打印平台（1）上。

2.  根据权利要求1所述的一种生物3D打印装置，其特征在于所述的挤丝机构（2）包括安装架（4）、设于安装架（4）上的受电机（5）控制的推块（6）及和推块（6）通过连杆（7）相连的活塞，所述的喷头（3）安装在安装架（4）的下部，所述的活塞设于所述的喷头（3）中。

3.  根据权利要求1所述的一种生物3D打印装置，其特征在于所述的喷头（3）为高温喷头或低温喷头。

4.  根据权利要求1或2或3所述的一种生物3D打印装置，其特征在于所述的保温机构包括换热盘管（8），所述的打印平台（1）的四周设有围板（16），左侧、右侧和后侧的围板及打印平台的背面均设有所述的换热盘管（8），换热盘管（8）中有热流体或冷却液，换热盘管（8）和换热器相连。

5.  根据权利要求4所述的一种生物3D打印装置，其特征在于所述的打印平台（1）前侧的围板是块透明板（9）。

6.  根据权利要求1或2或3所述的一种生物3D打印装置，其特征在于所述的三轴运动机构包括Y向运动机构（10）、X向运动机构（11）和Z向运动机构（12），Y向运动机构（10）设在打印装置的底盘（13）的左侧和右侧，Y向运动机构（10）上安装有一垂直设置的平台（14），X向运动机构（11）设在平台（14）顶部， X向运动机构（11）上安装有一支撑块（15），所述的Z向运动机构（12）设在所述的支撑块（15）上，所述的挤丝机构（2）安装在Z向运动机构（12）上。

说明书一种生物3D打印装置
技术领域
本发明涉及一种打印设备，尤其涉及一种生物3D打印装置。 
背景技术
3D打印技术是一由数字化模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的快速成型技术，其基本原理均采用“分层制造、逐层叠加”的制造思想。它能够借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，将计算机辅助设计和计算机辅助制造集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造出产品样品，无须传统的机械加工机床和模具，具有成本低、周期短、修改简单、尺寸稳定等诸多优点。但目前的3D打印机，受结构和材料的限制，一般都只能打印金属或合金材料，基本上用在机械加工制造领域，无法实现生物材料的打印，使用范围存在局限性。 
发明内容
本发明主要解决原有3D打印机一般都只能打印金属或合金材料，基本上用在机械加工制造领域，无法实现生物材料的打印，使用范围存在局限性的技术问题；提供一种生物3D打印装置，其能打印生物材料，根据不同打印需要可更换不同喷头，使用灵活，使用范围广泛。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括打印平台、三轴运动机构、挤丝机构、喷头和保温机构，三轴运动机构和打印平台分别安装在打印装置的底盘上，挤丝机构和三轴运动机构相连，所述的喷头安装在所述的挤丝机构上，并且喷头朝下指向所述的打印平台，保温机构设在所述的打印平台上。三轴运动机构能带动喷头作X向、Y向和Z向三个方向的移动，通过挤丝机构能挤压喷头内的生物材料使生物材料从喷头内顺利喷到打印平台上从而按要求完成打印任务。保温机构对打印平台及打印到打印平台上的生物材料起到保温作用，根据所打印的生物材料的需要可加热也可制冷，最低温度可达0℃。本发明可打印多种生物材料，如：羟磷灰石、钛、磷酸三钙碳等用于骨骼再生的材料，聚已酸内酯、聚乳酸、乳酸-羟基乙酸共聚物等用于药物控释的材料，琼脂、聚氨基葡萄糖、藻朊酸盐、白明胶、骨胶原、纤维素等用于软组织生物结构及器官打印的材料，聚氨基甲酸乙酯、硅酮等用于概念模型的材料。本发明可定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品，使用灵活，使用范围广泛。
作为优选，所述的挤丝机构包括安装架、设于安装架上的受电机控制的推块及和推块通过连杆相连的活塞，所述的喷头安装在安装架的下部，所述的活塞设于所述的喷头中。电机正转或反转，带动推块上升或下降，推块通过连杆带动活塞上升或下降，活塞下降时，挤压加装在喷头中的生物材料，使生物材料随着喷头的移动从喷头中流出并喷到打印平台上，从而完成生物材料的3D打印。 
作为优选，所述的喷头为高温喷头或低温喷头。喷头可拆卸式地安装在挤丝机构上，如采用卡接结构或通过螺钉固定连接。根据不同的生物材料可选择使用高温喷头或低温喷头，再通过温控系统保持喷头维持在设定温度。高温喷头可采用加热棒进行加热，低温喷头可采用在其外围设置通有冷却液的流道实现制冷。高温喷头打印温度在60～260℃，低温喷头打印温度在0～60℃。满足不同生物材料的需要，使用灵活，使用范围广泛。
作为优选，所述的保温机构包括换热盘管，所述的打印平台的四周设有围板，左侧、右侧和后侧的围板及打印平台的背面均设有换热盘管，换热盘管中有热流体或冷却液，换热盘管和换热器相连。打印高温材料时，换热盘管中为热流体，对打印平台进行加热；打印低温材料时，换热盘管中为冷却液，对打印平台进行制冷。当然，也可通过红外线、激光或微波等对打印平台进行加热。
作为优选，所述的打印平台前侧的围板是块透明板。通过透明板，可看清生物材料的打印路线及层叠过程。
作为优选，所述的三轴运动机构包括Y向运动机构、X向运动机构和Z向运动机构，Y向运动机构设在打印装置的底盘的左侧和右侧，Y向运动机构上安装有一垂直设置的平台，X向运动机构设在平台顶部，X向运动机构上安装有一支撑块，所述的Z向运动机构设在所述的支撑块上，所述的挤丝机构安装在Z向运动机构上。Y向运动机构、X向运动机构和Z向运动机构可采用导轨丝杠实现。垂直设置的平台作Y向移动，支撑板作X向移动，挤丝机构作Z向移动，从而带动喷头完成三轴运动。结构简单，可靠性高。
本发明的有益效果是：喷头拆装方便，根据不同打印材料可选择安装不同的喷头，打印平台具有保温功能，既可加热也可制冷，满足高温材料和低温材料的打印要求，可定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品，使用灵活，使用范围广泛。
附图说明
图1是本发明的一种立体结构示意图。
图2是本发明中打印平台及围板的一种立体结构示意图。
图3是本发明中围板的一种主视结构示意图。
图4是本发明中挤丝机构的一种主视结构示意图。
图中1.打印平台，2.挤丝机构，3.喷头，4.安装架，5.电机，6.推块，7.连杆，8.换热盘管，9.透明板，10.Y向导轨，11.X向导轨，12.Z向导轨，13.底盘，14.平台，15.支撑块，16.围板。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种生物3D打印装置，如图1所示，包括打印平台1、三轴运动机构、挤丝机构2、喷头3和保温机构。三轴运动机构和打印平台1分别安装在打印装置的底盘13上，三轴运动机构包括Y向运动机构10、X向运动机构11和Z向运动机构12，Y向运动机构安装在打印装置的底盘13的左侧和右侧，Y向运动机构10上安装有一垂直设置的平台14，X向运动机构11安装在平台14顶部， X向运动机构11上安装有一支撑块15，Z向运动机构12安装在支撑块15上，挤丝机构2安装在Z向运动机构12上。如图4所示，挤丝机构2包括安装架4、安装于安装架4上的受电机5控制的推块6及和推块6通过连杆7相连的活塞，安装架4安装在Z向运动机构12上，喷头3安装在安装架4的下部，活塞安装在喷头3中，喷头3朝下指向打印平台1。喷头3采用可拆卸式结构，根据打印材料的需要可选择使用高温喷头或低温喷头，高温喷头靠加热棒进行加热，低温喷头通过外围设置通有冷却液的流道实现制冷。高温喷头打印温度在60～260℃，低温喷头打印温度在0～60℃，保温机构安装在打印平台1上，如图2、图3所示，保温机构包括换热盘管8，打印平台1的四周各有一块围板16，前侧的围板是块透明板9，左侧、右侧和后侧的围板及打印平台的背面均安装有换热盘管8，换热盘管8中流有换热载体，需要加热时，换热盘管中是热流体，需要制冷时，换热盘管中是冷却液，换热盘管8的进口、出口分别和换热器相连。
打印低温生物材料时，采用低温喷头，低温喷头及打印平台的围板中通以一定温度的冷却液，从而保证打印温度；打印高温生物材料时，采用高温喷头，高温喷头单独加热，打印平台的围板中通以一定温度的热流体，从而保证打印温度。
本发明能打印的生物材料种类多，如：羟磷灰石、钛、磷酸三钙碳等用于骨骼再生的材料，聚已酸内酯、聚乳酸、乳酸-羟基乙酸共聚物等用于药物控释的材料，琼脂、聚氨基葡萄糖、藻朊酸盐、白明胶、骨胶原、纤维素等用于软组织生物结构及器官打印的材料，聚氨基甲酸乙酯、硅酮等用于概念模型的材料。本发明具有快速、准确、个性化及擅长制造复杂形状的特性，可以针对患者特定的解剖构造、生理功能和治疗需求，以计算机三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，在喷头内定位装配生物材料或活细胞，通过打印制造出人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品，从而为开发突破性的医学治疗手段提供新的技术可能。本发明操作方便，使用灵活，使用范围广，对细胞损伤率低，打印精度高。