[發(fā)明專利]基于3D打印綜合成形的再生骨支架成形系統(tǒng)與方法

有效

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• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103341989A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉媛媛;張付華;陳偉華;嚴飛飛;鄭璐璐;于永澤;胡慶夕
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38;B29C70/36;B29C70/54
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于3D打印綜合成形的再生骨支架成形系統(tǒng)，包括機械部分和控制部分，其特征在于：

1）所述機械部分為一個再生骨支架3D打印成形裝置，該3D打印成形裝置中的一個供料電機（19）結(jié)合供氣泵（20）作為供料的動力單元與一個3D打印成形噴頭（5）相連；一根電加熱絲（17）為了保持噴頭內(nèi)的溫度，均勻地纏繞在3D打印成形噴頭（5）的外部；為了實現(xiàn)3D成形噴頭（5）的上下運動，3D打印成形噴頭（5）通過連接件固定在一根Z軸絲杠（24）上，一個Z軸電機（23）作為動力單元帶動Z軸絲杠（24）運動，實現(xiàn)成形噴頭（5）的上下運動，3D打印成形噴頭（5）、電加熱絲（17）、供料電機（19）、供氣泵（20）、Z軸電機（23）、Z軸絲杠（24）共同構(gòu)成了再生骨支架3D打印成形裝置的供料部分，為骨支架成形提供成形材料；

該3D打印成形裝置中的一個步進電機（21）作為動力單元與一個十字滑臺（22）相連，實現(xiàn)十字滑臺（22）的聯(lián)動；接收平臺（8）固定在十字滑臺（22）上接收3D打印成形噴頭（5）的供料；為了實現(xiàn)接收平臺（8）從接收支架材料的工位A到接收電紡絲的工位B的切換，一個旋轉(zhuǎn)電機（25）固定在接收平臺（8）的下方，通過旋轉(zhuǎn)電機（25）的旋轉(zhuǎn)達到切換工位的目的；

為了制備電紡絲，該3D打印成形裝置中的一個高壓直流電源（4）的一端與一個電紡絲噴頭（1）相連，另一端與接收平臺（8）相連，通過一個上位機PC（12）控制一個驅(qū)動電路（18）調(diào)節(jié)所述高壓直流電源（4）形成一個高壓電場，從而制備電紡絲；為了形成低溫成形環(huán)境，一個壓縮機（16）和一個成形室（7）相連，所述3D打印成形裝置放入成形室（7）進行骨支架的制備和電紡絲的收集。

2）所述控制部分包括檢測模塊（Ⅰ）和控制器模塊（Ⅱ），檢測模塊（Ⅰ）包括一個高速CCD（9）、一個壓力傳感器（10）和六個限位開關（11），其中高速CCD（9）與控制器模塊（Ⅱ）中的上位機PC（12）相連，用于實時監(jiān)測制備電紡絲時泰勒錐的狀態(tài)；壓力傳感器（10）與3D打印成形噴頭（5）相連，用于監(jiān)測噴頭內(nèi)的壓力；限位開關（11）固定在十字滑臺（22）和滾珠絲杠（24）的行程極限位置，用作尋找坐標原點和保護機械結(jié)構(gòu)的作用；控制器模塊（Ⅱ）包括所述上位機PC（12）、一個運動控制卡（13）、一個溫控器（14）和一個運動控制單元（15），其中上位機PC（12）作為人機界面與溫控器（14）和運動控制卡（13）相連，實時監(jiān)控它們的狀態(tài)；運動控制卡（13）作為控制核心與運動單元（15）、壓力傳感器（10）和限位開關（11）相連，控制它們進行動作；溫控器（14）作為溫度控制的核心與所述壓縮機（16）和電加熱絲（17）相連，進行溫度控制。

工作原理：3D打印成形噴頭（5）在壓力的作用下和十字滑臺（22）及Z軸絲杠（24）協(xié)同作用，完成骨支架的制備；在需要復合電紡絲工藝的時候，接收平臺（8）會由工位A移動到工位B來接收電紡絲，此時電紡絲噴頭（1）協(xié)同高壓直流電源（4）共同作用，從而在骨支架上形成一層納米級纖維網(wǎng)，最終成形一款復合電紡絲的再生骨支架（6）。

2.一種基于3D打印綜合成形的再生骨支架成形方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印綜合成形系統(tǒng)進行骨支架制備，其特征在于：骨支架3D打印綜合成形的制備工藝為：接收平臺處于工位A位置，在壓強P的作用下3D打印成形噴頭（5）連續(xù)擠出支架宏觀結(jié)構(gòu)的一層材料，同時接收平臺（8）按照預定的軌跡進行可控運動，經(jīng)過壓力場和溫度場的共同作用一段時間后，高分子溶液材料會快速地干燥而固化；然后，接收平臺（8）移動到工位B位置，在壓力F和靜電場力的共同作用下，電紡絲噴頭（1）噴射出納米級的纖維絲，形成一層納米級纖維網(wǎng)；接收平臺（8）在兩個工位之間往返運動，兩個噴頭（1、5）交替涂覆材料，制造出外形輪廓可控、宏觀孔隙可控、力學性能良好，并且內(nèi)部具有能有效模擬細胞外基質(zhì)環(huán)境的納米纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的再生骨支架；最后對支架進行交聯(lián)并冷凍干燥，宏觀支架結(jié)構(gòu)表面由于水分的蒸發(fā)，會明顯獲得微納米級尺度的形貌特征，從而進一步幫助細胞在支架上的攀附與生長。