[發明專利]一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭

有效

• 申請號: 201810073276.0
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108032517B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張傳杰;鄧坤學;唐學文;肖芳煌;陳瑞;鐘懷秋;袁玉宇
• 申請（專利權）人: 廣州邁普再生醫學科技股份有限公司
• 主分類號: B29C64/209
• 分類號: B29C64/209;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 戴濤

本發明提供一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭。一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭，其中，包括主殼體、料筒、噴頭擠出裝置以及噴頭針頭，主殼體內部設有第一溫控裝置，料筒插設在第一溫控裝置內，料筒的底端通過進料管與噴頭擠出裝置連接，噴頭擠出裝置的底端設有出料管，噴頭針頭與出料管連接，并穿出到主殼體底部外側，噴頭針頭的末端與出料管的頂端之間設有第二溫控裝置，第一溫控裝置和第二溫控裝置之間設有防止溫度相互干擾的絕熱裝置。本發明實現了噴頭料筒區段和噴頭針頭區段的獨立溫度控制，噴頭可實現梯度溫度控制，各梯度值相互獨立控溫互不影響。

技術領域

本發明涉及3D打印設備技術領域，更具體地，涉及一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭。

背景技術

生物3D打印是指利用具有良好生物相容性的生物材料或細胞并借助具有復雜成形運動的多維打印機等設備進行生物制造的技術。其中，生物材料或細胞直接與打印機的打印噴頭接觸，通過噴頭擠出或者噴射的方式聚集到打印機的成型平臺上從而獲得需要的支架以及組織器官模型。在該過程中，打印機的噴頭起到關鍵作用，打印噴頭除了滿足基本的生物學要求外還需要對生物材料或細胞進行打印溫度預處理，即為最終成形提供恰當的前置溫度環境。

目前，現有噴頭對溫度的控制往往局限于對噴頭所有區段統一溫控，若材料從較高溫度的噴頭擠出到低溫成型平臺則會存在溫度突降，溫度突變會降低細胞的成活率。一般現有噴頭的溫度控制往往不能實現針頭末端的溫度控制，針頭堵塞多會由此產生，實現針尖的溫度控制則可以較好解決針頭堵塞問題。為了確定材料余量與模型體積的匹配程度，打印噴頭應當在不拆卸料筒的前提下方便的觀察料筒中材料的剩余情況，除此之外噴頭還應當便于清洗以便再次使用。

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，提供一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭。本發明在料筒和噴頭針頭處分別設置了第一溫控裝置和第二溫控裝置，實現了噴頭料筒區段和噴頭針頭區段的獨立溫度控制，噴頭可實現梯度溫度控制，各梯度值相互獨立控溫互不影響。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種兩區段獨立溫控生物3D打印噴頭，其中，包括主殼體、料筒、噴頭擠出裝置以及噴頭針頭，所述主殼體內部設有第一溫控裝置，所述料筒插設在所述第一溫控裝置內，所述料筒的底端通過進料管與所述噴頭擠出裝置連接，優選的，所述料筒的底端與所述進料管可拆卸連接，進一步優選的，所述料筒的底端與所述進料管通過螺紋旋轉連接，料筒與進料管的螺紋固定方式為操作者提供了快速更換料筒的可能性。所述噴頭擠出裝置的底端設有出料管，所述噴頭針頭與所述出料管連接，并穿出到所述主殼體底部外側，優選的，所述噴頭針頭與所述出料管可拆卸連接，進一步優選的，所述噴頭針頭與所述出料管通過螺紋旋轉連接，這樣可以方便更換不同規格的噴頭針頭，優選的，采用導熱系數較大的金屬材質針頭。優選的，所述噴頭針頭外圍套設有與所述主殼體底部可拆卸連接的針頭絕熱套，這樣可以隔絕噴頭針頭跟外界的熱交換。當需要更換不同口徑的噴頭針頭或者需要清理噴頭針頭時只需要將噴頭針頭處的針頭絕熱套擰下并將噴頭針頭旋出即可實現噴頭針頭的更換。所述噴頭針頭末端與所述出料管的頂端之間設有第二溫控裝置，所述第一溫控裝置和第二溫控裝置之間設有防止溫度相互干擾的絕熱裝置。

在生物3D打印過程中，生物材料或細胞懸液首先被裝載到恒定溫度的料筒中并被推擠到針尖末端，之后在多軸運動平臺的帶動下按照軟件設定的預定軌跡運動并將生物材料或細胞懸液堆疊到較低溫度的成型平臺上。在該過程中噴頭中材料的溫度一般維持在37℃左右，而成型平臺的溫度則會接近0℃。三十度左右的溫差會強烈刺激細胞活性并影響材料的成型效果。本發明中，在料筒處和噴頭針頭處分別設置了第一溫控裝置和第二溫控裝置，分別單獨控制由料筒至噴頭擠出裝置段（下稱料筒段）以及噴頭擠出裝置至噴頭針頭段（下稱針頭段）的溫度。這樣就可以分別控制料筒段和針頭段的溫度值，使得料筒段、針頭段以及低溫平臺形成三個梯度溫度變化，以便最大化降低溫度突變帶來的不利影響。其中，料筒段和針頭段的溫度變化被集成在噴頭上，以上兩段區域的溫度可獨立設定，并且第一溫控裝置和第二溫控裝置之間設置了絕熱裝置，這就保證了料筒段及針頭段的溫度互不產生影響。