[發明專利]一種3D打印機封閉空間的溫度和潔凈度控制系統及生物3D打印機

在審

• 申請號: 201710829382.2
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107505959A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 張傳杰;唐學文;袁玉宇;肖芳煌;鐘懷秋;陳瑞
• 申請（專利權）人: 廣州邁普再生醫學科技有限公司
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;A61L9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 馮振寧

技術領域

本發明涉及3D打印設備技術領域，更具體地，涉及一種3D打印機封閉空間的溫度和潔凈度控制系統及生物3D打印機。

背景技術

生物3D打印技術是借助3D打印的原理將具有生物相容性的材料或者細胞直接打印成所需要的三維結構。比較常見的有兩種形式，擠出式打印和噴墨式打印。由于生物材料的特殊性，擁有構建三維結構的生物材料需要在成型區域內及時的完成固化成形，否則會嚴重影響整個三維結構的穩定性和打印精度。常見的材料固化方式有化學交聯法，利用氣動方式將生物材料，即溶膠態的細胞溶液，噴射至成形平臺上的交聯劑溶液中，利用化學交聯的方式使溶膠態的細胞溶液凝膠轉變成凝膠態，最終成形。這種成形方式的缺點在于：引入了交聯劑，固化后的材料單元表面存在交聯劑，導致被制造的三維結構層與層之間連接不可靠，難以打印較復雜結構的三維模型。針對以上弊端，有人提出可以利用材料本身的溫敏特性實現固化成形，通過控制溫度在不同區域的梯度變化，使得明膠基的細胞溶液在打印過程中由溶膠狀態逐步相變至最終的凝膠狀態。為了實現溫敏成形，一般會把具有正溫敏特性的材料打印到溫度較低的成型平臺或者空間內，為了實現較低溫度控制，一般會選擇壓縮機制冷的方式降低被控區域的溫度，但由于壓縮機機組的體積較大且噪音無法消除，會使得整個3D打印機增加額外的體積和噪聲產出，且該裝置中的細胞所處的環境容易受到污染，細胞成活率較低。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種3D打印機封閉空間的溫度和潔凈度控制系統。本發明利用小體積無噪音的半導體制冷片實現了被控區域的溫度控制，利用高效海帕過濾器實現空氣潔凈度控制，從而降低了3D打印機的外觀體積和復雜程度，提升了細胞的成活率。

本發明的另一個目的是提供一種具有上述溫度和潔凈度控制系統的生物3D打印機。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種3D打印機封閉空間的溫度和潔凈度控制系統，其中，包括系統外殼和支撐板，所述支撐板設在所述系統外殼的開口上，并與所述系統外殼圍成一個腔體，所述系統外殼上設有半導體溫控裝置，所述半導體溫控裝置至少部分置于所述腔體中，所述支撐板上設有空氣濾清裝置。

半導體溫控裝置以半導體制冷片為核心器件可以實現高溫加熱和低溫制冷輸出。半導體制冷片是一種熱電制冷技術，它利用直流電通過不同材料的熱電偶時產生的冷熱溫差實現對外的溫度輸出。對于正溫敏特性的生物材料，我們需要控制打印機封閉空間或者打印平臺處于一個較低的溫度(相對于環境溫度)，因此，需要利用半導體制冷片的冷端對上述區域進行降溫，并且要控制半導體制冷片的熱端，使熱端保持在一個合理的溫度范圍內。對于逆溫敏特性的材料，則需要利用半導體制冷片的熱端對上述區域進行升溫，并且控制半導體制冷片的冷端使其處于合理的溫度范圍。另外，考慮到生物3D打印材料的特殊性，成型室空氣中的灰塵微生物會對打印過程中的生物材料或者細胞造成不可修復的損傷，因此需要對成型室空氣進行嚴格濾清潔凈處理。因此，在支撐板上設置空氣濾清裝置來完成整個設備密閉空間內的空氣濾清處理。

進一步的，所述半導體溫控裝置設在所述系統外殼的頂面上，所述半導體溫控裝置包括半導體制冷片、熱交換器和換熱器，所述半導體制冷片一側與所述熱交換器連接，另一側與所述換熱器連接，所述換熱器至少部分置于所述腔體中。優選的，所述換熱器置于所述腔體中，且所述換熱器與所述系統外殼頂面的內壁緊貼。當被控溫區域需要進行制冷時，在半導體制冷片上通上直流電，使得半導體制冷片與熱交換器貼合的一側成為熱端，則半導體制冷片與換熱器貼合的一側就為冷端，半導體制冷片中通過直流電時，熱端的熱量被熱交換器帶走，冷端的低溫被換熱器吸收并向被制冷區域不斷進行對流用以降低被控區域的溫度。當被控溫區域需要進行加熱時，通過改變半導體制冷片上通過的直流電的方向，使得半導體制冷片的冷、熱端對調，其熱端為與換熱器貼合的一側，冷端為與熱交換器貼合的一側，冷端產生的低溫被熱交換器帶走，熱端產生的熱量被換熱器吸收并向被加熱區域不斷進行對流用以提升被控區域的溫度。