[發明專利]一種多支路三維生物結構的3D打印裝置及打印方法

有效

• 申請號: 201410016475.X
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103815992A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 傅建中;邵惠鋒;賀永;朱偉杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61F2/82
• 分類號: A61F2/82
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及生物醫學工程和組織工程技術領域，尤其是涉及一種多支路三維生物結構的3D打印裝置及打印方法。

背景技術

目前，世界各國醫學界面臨了許多重大難題，其中的一個難題就是人們對于器官的需求不斷增長，但用于器官移植的供體器官極度緊缺，如心臟，肺，肝臟，腎臟等器官。以往經過研究提出了許多方案來解決供體器官緊缺問題，如人工機械器官、異種器官移植和組織工程等。人工機械器官雖然能夠成功植入到人體內，但它會嚴重影響患者的生活質量。異種器官移植，特別是轉基因的動物器官，雖然降低了植入后的免疫排斥反應，但存在傳播動物病毒的潛在危險和因長期服用免疫抑制劑而對患者心理產生的影響。組織工程是當前被看好的一種技術，運用組織工程技術構建人類仿生組織和器官用于器官移植，有望徹底解決供體器官緊缺這一重大難題。

目前，組織工程中用到的技術主要是固體自由成形技術，它包括光固化成型技術（Stereo?lithography?Appearance），擠壓沉積技術，噴墨打印技術等，其中，噴墨打印技術又根據噴頭的工作原理不同，分為壓電式和熱泡式兩種。

光固化成型技術是用特定波長與強度的光聚焦到光固化材料表面（光敏樹脂），使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面，這樣層層疊加構成一個三維實體。當打印需要支撐的結構時，通常采用兩種光固化材料，一種作為實體結構材料固化，一種作為支撐材料固化，結構打印完時，去掉支撐材料，得到最終的三維實體。

擠壓沉積技術通常采用將熱的溶液經注射器噴嘴擠壓到基底上，由于外面的工作環境溫度低，導致溶液形成固體，通過由點到線，由線到面順序擠壓，得到一個層面，然后層層疊加，得到三維實體。同樣，當打印需要支撐的結構時，通常采用兩種材料，經兩個注射器分別擠出，打印完成時，去掉支撐材料，得到最終的三維實體。

對于噴墨打印技術，無論是壓電式，還是熱泡式，現有的技術基本都是將一種溶液經噴頭噴射到另一種溶液中，兩種溶液反應形成半固體結構，同樣通過由點到線，由線到面順序擠壓，得到一個層面，然后層層疊加，得到三維實體。在該技術中，很難使用犧牲材料作為支撐，使得只能打印有限傾斜角度的分支。

以上技術，對于懸空結構，如果不采用支撐材料，都無法打印，只能打印有限傾斜角度的分支，角度一旦過大，整個結構就會倒塌。

專利公開號為CN103462725A（申請號為201310339824.7）的專利文獻公開了一種三維生物結構打印裝置及方法，其通過將海藻酸鈉液滴噴射到氯化鈣溶液中，形成海藻酸鈣凝膠，通過海藻酸鈣凝膠的堆積，形成簡單的三維生物結構，但對于復雜的結構就很困難，尤其是對于懸空三維結構，就無法打印。

發明內容

本發明提供了一種多支路三維生物結構的3D打印裝置，對現有的三維打印設備進行結構改進，將其Z軸運動平臺和工作臺部分整體進行替換，在無需犧牲材料的情況下，能夠準確地打印出復雜的縱向長距離三維生物結構。

本發明還提供了一種多支路三維生物結構的3D打印方法，采用三維生物結構的3D打印裝置，方法簡單，易于操作，成本低，不需要支撐材料，只需將離散的液滴噴射到可全方位調整的輔助工作面上就能夠打印出形狀復雜的多支路三維生物結構。

一種多支路三維生物結構的3D打印裝置，包括用于支撐三維生物結構的工作底面、固定在工作底面上方的噴頭、以及配合噴頭打印三維生物結構的三維運動工作臺機構，所述的三維運動工作臺機構包括設置在工作底面上方的至少一對輔助工作面、以及驅動輔助工作面分別進行x軸、y軸和z軸方向三維運動的三維運動機構；所述一對輔助工作面中兩個輔助工作面相對設置，且始終位于同一水平面上，對三維生物結構進行支撐和扶持。

作為優選的技術方案，所述三維運動機構包括：X軸運動機構、Y軸運動機構和Z軸運動機構，所述Z軸運動機構包括：Z軸平板，所述X軸運動機構和Y軸運動機構固定在該Z軸平板上；Z軸電機，所述Z軸電機輸出端為Z軸傳動絲桿；與所述Z軸傳動絲桿螺紋連接的Z軸絲桿滑塊，該Z軸絲桿滑塊同時與所述Z軸平板固定連接；固定在工作底面一側的豎直設置的Z軸導軌；以及固定在Z軸絲桿滑塊一側同時與所述Z軸導軌滑動配合的Z軸導軌滑塊，引導所述Z軸平板進行z軸方向的往復移動。通過上述Z軸運動機構，能夠精確實現對輔助工作臺在z軸方向的精確定位。