[發明專利]一種自動配料和混料的多噴頭生物3D打印設備及控制方法

有效

• 申請號: 201610302055.7
• 申請日: 2016-05-07
• 公開（公告）號: CN105796206B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 張斌;谷龍;羅熠晨;馬梁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61F2/00
• 分類號: A61F2/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明涉及一種自動配料和混料的多噴頭生物3D打印設備，用于細胞和生物材料打印，屬于組織工程技術和生物3D打印領域。

背景技術

對于受損大塊軟組織及內臟器官的治療，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源短缺、免疫排斥等問題存在，器官移植治療在實際運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題開辟了新的途徑。組織工程是將活細胞通過某種方法附合在生物材料基質或者制備的支架上，來構建功能組織替代物。然后將構建的組織替代物進行培養以后植入患者體內，替換原有病變組織器官來恢復原有的身體機能實現對疾病治療。目前組織工程皮膚的研究和運用就組織工程良好發展前景的有效例證。

近幾年來，3D打印技術的迅猛發展，為工業制造開辟了新的制造生產模式。在生物領域內，生物打印、細胞三維受控組織等技術也應用而生。這些技術具有操作單個細胞或單成分微小尺寸液滴的能力，可以精確控制操作對象的空間位置和分布，對于實現大塊組織和器官構建過程中不同種細胞和生物材料的空間位置沉積有著巨大的意義。因此，開發生物打印技術是未來組織工程研究的必然趨勢。

中國專利(申請號2010101932132)涉及一種復雜器官前體三維受控成形機用多噴頭噴射裝置；中國專利(申請號201010193223.6)涉及一種復雜器官前體三維受控成形機用多噴頭噴射裝置；中國專利(申請號200910099785.0)涉及轉盤式多噴頭復雜器官前體三維受控成形系統，以上的3個專利是應用于多種細胞材料的受控組裝的，其共同特點是采用多個噴頭(噴頭一樣)，工作時通過相互切換，工作效率低，雖然是多種材料但是材料逐一打印不易混合均勻。中國專利(201210065932.5)涉及一種細胞三維受控組裝機用多料源輸送單噴嘴噴射裝置，采用單噴嘴實現多料源打印，雖能實現多料源按需切換，但是不能進行按比例配料和混料，也存在儲存的料源較少更換不便的情況。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足之處，實現滿足大塊/小塊軟組織和內臟器官的多種細胞和材料的構建要求，開發一種能夠自動配料和混料的多噴頭生物3D打印設備，能自動完成按比例配料并進行混合，可選擇點噴頭、線噴頭或面噴頭進行高效成型打印，也可交叉選擇噴頭滿足多種打印需求，同時配有專門的料罐儲料，不用人工干預補充料源，易于實現自動控制，大大提高打印效率。

本發明的技術方案如下：

一種自動配料和混料的多噴頭生物3D打印設備包括氣壓壓料罐、壓料罐管夾、固定板、電磁換向閥閥組a、電磁換向閥閥組b、混料罐組件、面噴頭、點噴頭、噴頭托架、線噴頭、電機固定架、移動頂梁、取料驅動臂、工作臺、側板；所述電磁換向閥閥組a和電磁換向閥閥組b均至少由兩個電磁換向閥組成，電磁換向閥閥組a和電磁換向閥閥組b固定安裝在側板上，其進出口接口均與料管連接；所述氣壓壓料罐上部與進氣管連接，下部與料管連接，中部與壓料罐管夾同軸配合安裝，且通過壓料罐管夾與側板固定安裝，氣壓壓料罐的數量與電磁換向閥閥組a內的的電磁換向閥的數量相同；所述混料罐組件上部與電機固定架前端固定卡套同軸固定安裝，中部與固定板中心孔同軸固定安裝；所述固定板、電機固定架、噴頭托架與側板前板面固定安裝，側板底部與工作臺一側的頂部固定安裝；所述面噴頭、點噴頭和線噴頭的筒體與噴頭托架中的通孔同軸固定安裝，筒體上部與料管連接；所述取料驅動臂的豎直伸縮段可上下移動，其上部與移動頂梁的滑道配合安裝，可沿移動頂梁滑道左右移動；所述移動頂梁兩端下部與工作臺上部的滑道配合安裝，可沿工作臺滑道前后移動。

所述混料罐組件由電機、聯軸器、旋蓋、混料筒、攪拌器組成；所述攪拌器上部與旋蓋中心孔同軸安裝，且能相對轉動，攪拌器的上部軸端與聯軸器的下部連接，整體與混料筒同軸安裝；所述混料筒中部與固定板中心孔同軸固定安裝，上部與旋蓋同軸固定安裝，底部連接接頭與料管連接，旋蓋上部的連接接頭中一個與進氣管連接，其余連接接頭與料管連接；所述電機機體與電機固定架前端電機卡套同軸固定安裝，電機下端與聯軸器上端連接，電機通過聯軸器驅動攪拌器在混料筒中旋轉實現混料過程。

所述點噴頭的噴頭頭部安裝有壓電元件。

所述面噴頭的噴頭頭部至少開有2個噴孔。

所述旋蓋.上部至少有三個連接接頭。

所述混料筒.下部至少有1個連接接頭。

任一項所述多噴頭生物3D打印設備的控制方法包括如下步驟：

工作前，將所需氣壓壓料罐內填充打印生物材料；