[發(fā)明專利]一種自吸式生物3D打印噴頭裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610301577.5
• 申請(qǐng)日: 2016-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105818389B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張斌;谷龍;羅熠晨;馬梁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/106
• 分類號(hào): B29C64/106;B29C64/209;B29C64/321;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于生物組織制造的自動(dòng)吸料和壓料的噴頭裝置及其方法，用于細(xì)胞和生物材料打印，屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)于受損大塊軟組織及內(nèi)臟器官的治療，人體組織器官移植是一種極為有效的治療方法。但是由于器官供體來(lái)源短缺、免疫排斥等問(wèn)題存在，器官移植治療在實(shí)際運(yùn)用中存在難以克服的困難。而組織工程的提出為解決上述問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。組織工程是將活細(xì)胞通過(guò)某種方法附合在生物材料基質(zhì)或者制備的支架上，來(lái)構(gòu)建功能組織替代物。然后將構(gòu)建的組織替代物進(jìn)行培養(yǎng)以后植入患者體內(nèi)，替換原有病變組織器官來(lái)恢復(fù)原有的身體機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病治療。目前組織工程皮膚的研究和運(yùn)用就組織工程良好發(fā)展前景的有效例證。

近幾年來(lái)，3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，為工業(yè)制造開(kāi)辟了新的制造生產(chǎn)模式。在生物領(lǐng)域內(nèi)，生物打印、細(xì)胞三維受控組織等技術(shù)也應(yīng)用而生。這些技術(shù)具有操作單個(gè)細(xì)胞或單成分微小尺寸液滴的能力，可以精確控制操作對(duì)象的空間位置和分布，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大塊組織和器官構(gòu)建過(guò)程中不同種細(xì)胞和生物材料的空間位置沉積有著巨大的意義。因此，開(kāi)發(fā)生物打印技術(shù)是未來(lái)組織工程研究的必然趨勢(shì)。而在一個(gè)典型的生物打印機(jī)中，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一就是成形噴頭裝置。

為了滿足大塊軟組織和內(nèi)臟器官的構(gòu)建要求，需要開(kāi)發(fā)一種能進(jìn)行自動(dòng)吸料和壓料的成形噴頭裝置。當(dāng)前一些噴頭設(shè)計(jì)的是單次使用，料筒內(nèi)的生物材料有限不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印，需要停機(jī)更換料筒，這樣嚴(yán)重的影響了打印的效率，同時(shí)每一次都要重新進(jìn)行位置精度的重復(fù)校核。為解決這種問(wèn)題，發(fā)明一種自吸式的噴頭裝置是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決噴頭填料和清洗的困難，避免人工干預(yù)操作的復(fù)雜性和對(duì)噴頭位置精度調(diào)整校核的影響，提供一種具有結(jié)構(gòu)巧妙、易于控制的噴頭，同時(shí)通過(guò)擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)多種生物材料打印的噴頭裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種自吸式生物3D打印噴頭裝置包括噴頭、柱塞缸體、螺釘、斜盤(pán)蓋、電機(jī)座、電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、平鍵、配流筒體；所述配流筒體固定在機(jī)架上，其下部設(shè)有進(jìn)料口和出料口，進(jìn)料口與進(jìn)料管連接，出料口與噴頭上部通過(guò)螺紋緊固連接；所述柱塞缸體安裝在配流筒體內(nèi)部，柱塞缸體下端面與配流筒體內(nèi)部端面接觸，柱塞缸體下部的密封凸起與配流筒體內(nèi)部端面的密封槽配合安裝形成密封；所述斜盤(pán)蓋與配流筒體上部同軸安裝，且通過(guò)至少4個(gè)螺釘進(jìn)行緊固，斜盤(pán)蓋內(nèi)部的斜面與柱塞缸體上部的滑靴平面接觸配合，形成運(yùn)動(dòng)摩擦副；所述電機(jī)座的上端面固定電機(jī)，下端面與斜盤(pán)蓋上端通過(guò)螺紋緊固連接；所述傳動(dòng)軸下端通過(guò)平鍵與柱塞缸體中心孔相配合安裝，上端通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸相連接，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)柱塞缸體轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述柱塞缸體由缸體、彈簧、彈簧座、柱塞體組成；所述柱塞體由滑靴、小卡圈、大卡圈、柱塞組成，小卡圈卡在柱塞上部的第一個(gè)卡槽內(nèi)，大卡圈卡在柱塞上部的第二個(gè)卡槽內(nèi)，柱塞的頭部安裝在滑靴內(nèi)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，小卡圈嵌在柱塞和滑靴之間防止兩者脫落，所述彈簧座和彈簧依次與柱塞同軸安裝，彈簧座中心孔上部與大卡圈下部接觸配合定位，彈簧上部與彈簧座外緣下表面接觸配合，下部與缸體彈簧孔同軸配合安裝；所述柱塞下部與缸體柱塞孔同軸配合安裝，柱塞可沿缸體柱塞孔內(nèi)表面相對(duì)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吸壓料過(guò)程。

進(jìn)一步，所述配流筒體內(nèi)部平面至少有1個(gè)密封槽和2個(gè)弧形配料窗口，下部至少有1個(gè)進(jìn)料口和1個(gè)出料口。

進(jìn)一步，所述滑靴可為金屬材料或工程塑料。

進(jìn)一步，所述缸體2至少有2個(gè)與柱塞配合的柱塞孔。

進(jìn)一步，所述斜盤(pán)蓋內(nèi)的傾斜面傾角α在2°～20°之間。

所述的自吸式生物3D打印噴頭裝置控制方法是：

打印前將配流筒體下部的進(jìn)料口與進(jìn)料管連接，

缸體上對(duì)稱均布著2個(gè)柱塞孔，柱塞在柱塞孔內(nèi)呈軸向安裝且能沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸及平鍵帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)，柱塞在柱塞孔的作用下隨缸體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿柱塞孔軸向滑動(dòng)，在彈簧的作用力下，滑靴始終靠在斜盤(pán)蓋的內(nèi)部斜面上，缸體下端面始終與配流筒體內(nèi)部端面緊密配合，配流筒體的內(nèi)部端面上開(kāi)有兩個(gè)弧形配油窗口，一個(gè)是吸油窗口，另一個(gè)是排油窗口，配流筒體在機(jī)架上固定不動(dòng)，其上部緊固安裝的斜盤(pán)蓋也固定不動(dòng)，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在斜盤(pán)蓋內(nèi)部斜面的作用下，柱塞體在柱塞孔中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配流筒體內(nèi)部端面上的兩個(gè)弧形配料窗口進(jìn)行吸料和壓料；