CN103655005A - 一种三维生物结构的3d打印装置及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维生物结构的3D打印装置及打印方法，包括：打印机构、配合打印机构打印三维生物结构的运功工作台机构以及工作容器；打印机构包括喷射生物墨水的喷头以及控制所述喷头喷射和运动的喷头驱动机构；运功工作台机构包括工作台以及驱动工作台三维运动的三维运功平台，打印方法采用三维生物结构的3D打印装置，方法简单，易于操作，成本低，不需要支撑材料，只需将离散的液滴喷射到可全方位调整的工作台上，就能生成复杂形状的三维生物空心或实心结构，克服了传统制造悬空结构的困难。对于不同形状的三维结构，只需改变三维模型，调整打印参数，就能直接制备具有各种结构和一定力学性能的三维支架。

Description

一种三维生物结构的3D打印装置及打印方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程和组织工程技术领域，尤其是涉及一种三维生物结构的3D打印装置及打印方法。

背景技术

目前，三维打印技术在制备组织工程用的生物材料支架方面得到了快速发展和应用，它是一项基于微滴喷射的快速成型技术，它首先借助计算机辅助设计技术制备所要打印物体的电子文档模型，然后依据“逐层打印，层层叠加”的原理来打印具有特殊外形或复杂内部结构的物体。其成型过程不受任何几何形状的限制，打印速度可以随意控制，不同的材料可以通过不同的喷头打印，打印的物质可以是溶液、悬浮液或乳液，因此，三维打印可以很容易的控制材料组成、微观结构和表面特性。当打印的物质是生物墨水时，其就成为了生物打印技术。它将生物墨水按需喷射到接受体形成三维有功能的组织或器官，生物墨水设计为特制的细胞溶液或有生物活性的营养因子溶液。该技术操作方便，加工过程灵活。

对于三维管结构，现有的常见打印方法有两种：垂直打印和水平打印。如果喷嘴移动方向沿着管的圆周方向，这种制造方法叫垂直打印；如果喷嘴的移动方向平行于管的轴线方向，这种制造方法叫水平打印。以前许多人的制造方法都是基于垂直打印，因为其实现比较方便，但是垂直打印很难打印一些复杂的结构，如“Y”型结构，除非用到牺牲支撑结构，而水平打印就比较方便，可以马上打印出该结构。对于打印管状结构，垂直打印和水平打印都可以，垂直打印时横截面是圆，水平打印时横截面是多边形，但相对于垂直打印而言，水平打印制造出的管结构不圆，精度低。

公开号为CN101111362A（申请号为200680003303.2）的中国专利申请公开了一种三维结构物的制造方法以及制造装置，该方法包括以下步骤：将含有溶剂以及分散在所述溶剂中的聚合物颗粒且粘度为100cps以下的溶液的液滴，从喷嘴朝向基板喷出；将光照射到所述液滴上，使所述液滴中含有的溶剂蒸发，并且，使所述液滴中含有的聚合物颗粒熔化；以及，使所述熔化的聚合物颗粒在基板上堆积。由此制造出较高纵横尺寸比的三维结构物。该三维结构物的制造装置，包括：喷嘴，其将含有溶剂以及分散在所述溶剂中的聚合物颗粒的溶液的液滴，朝向基板喷出；振动部，其使所述溶液发生振动；光源，其将光照射到从所述喷嘴喷出的溶液的液滴上；以及，驱动机构部，其使所述喷嘴或者基板在XYZ方向上移动，所述光源设置在所述喷嘴的喷出口的上方或者侧方。

公开号为CN1613435A（申请号为200410073324.4）的中国发明专利申请公开了一种可控微管道结构支架的光固化快速成型间接制造方法，其根据实际CT数据，利用三维CAD软件重构骨骼外形，设计不同结构的支架内部微管道，利用光固化快速成型设备构造相应的树脂模具，在模具中填充生物材料，待其固化后，通过热分解去除树脂模具，形成具有可控微结构的组织工程支架。

本专利想到结合垂直打印和水平打印的优点，用垂直打印和水平打印结合的方法来制造复杂三维生物结构。对于“Z”型结构，用常规的垂直打印只能打印有限角度的分支，角度一旦过大，整个结构就会倒塌。

发明内容

本发明提供了一种三维生物结构的3D打印装置，能够准确地打印出复杂的三维生物结构。

一种三维生物结构的3D打印装置，包括：打印机构、配合所述打印机构打印三维生物结构的运功工作台机构以及工作容器；

所述的打印机构包括喷射生物墨水的喷头以及控制所述喷头喷射和运动的喷头驱动机构；

所述的运功工作台机构包括工作台以及驱动所述工作台三维运动的三维运功平台。

工作时，所述工作台置于所述工作容器中。

本发明中，喷头在喷头驱动机构的作用下将离散的液滴喷射到工作台上，三维运功平台对工作台进行全方位调整，通过喷头、喷头驱动机构和工作台的运动就能生成复杂形状的三维生物空心或实心结构，克服了传统制造悬空结构的困难。

作为优选，所述的三维运功平台包括与地面相对固定沿竖直方向的Z轴立柱导轨、与所述Z轴立柱导轨滑动配合的运动板、与所述运动板固定并水平设置的悬臂杆、在一竖直方向平面内与所述悬臂杆转动配合的X轴转动杆以及在另一竖直方向平面内与所述X轴转动杆转动配合的Y轴转动杆，其中，所述X轴转动杆转动的竖直方向平面与所述Y轴转动杆转动的竖直方向平面相互垂直，所述工作台与Y轴转动杆连接。通过Z轴立柱导轨、X轴转动杆、Y轴转动杆以及相互配合的关系，工作台在三维运功平台控制下可以在三维方向运动，对工作台进行全方位调整，从而有利于喷头在工作台上形成复杂形状的三维生物空心或实心结构。

作为优选，所述Z轴立柱导轨与运动板通过丝杆和丝杆电机驱动，即所述Z轴立柱导轨内设有供所述运动板滑动的滑道，所述滑道内设有与所述运动板螺纹配合的丝杆，所述丝杆由丝杆电机驱动。通过丝杆电机驱动丝杆，调整运动板在Z轴立柱导轨上的位置，从而有利于准确控制运动板在竖直方向上的位置，即Z轴方向的位置。

所述X轴转动杆由X轴电机驱动，所述X轴电机固定设置在所述悬臂杆上，所述X轴电机通过X联轴器与X传动轴连接，所述X传动轴通过X滚动轴承安装在所述悬臂杆上，所述X轴转动杆套接在所述X传动轴上并与所述X传动轴键连接。通过上述结构，使得X轴转动杆可以在一竖直平面内准确转动。

所述Y轴转动杆由Y轴电机驱动，所述Y轴电机固定设置在所述X轴转动杆上，所述Y轴电机通过Y联轴器与Y传动轴连接，所述Y传动轴通过Y滚动轴承安装在所述X轴转动杆上，所述Y轴转动杆套接在所述Y传动轴上并与所述Y传动轴键连接。通过上述结构，使得Y轴转动杆可以在另一竖直平面内准确转动。

打印时，所述工作容器装有与所述生物墨水配合的反应溶液，通过喷头喷射生物墨水与工作容器中的反应溶液反应，形成三维生物空心或实心结构。

作为优选，所述的喷头驱动机构包括驱动所述喷头喷射的供液系统以及驱动所述喷头运动的二维运动平台。

所述供液系统包括：用于提供压缩空气的空气压缩机；与空气压缩机出气口连通的气容；储液罐，该储液罐出液口与所述喷头的进液口连通，该储液罐进液口与所述气容的出气口连通；所述储液罐与气容之间的管路上设有减压阀。

所述减压阀的开度大小可调，保证喷头喷嘴处液滴不滴落；储液罐的高度可调，保证喷头喷嘴处液面最低端与喷头喷嘴持平。

所述储液罐的底部设有升降台，通过升降台可以调整储液罐的高度。升降台的具体结构可采用现有技术。

二维运动平台也可以采用现有技术。

所述喷头与所述储液罐之间的管路上设有过滤器。所述过滤器对贮液罐中的生物墨水进行过滤，防止在打印过程中，生物墨水中的大颗粒粒子堵塞喷头的喷嘴，使得打印过程无法进行。

本发明的喷头一般可采用压电式喷头，此时需要与驱动器相连，以实现喷头按照要求进行喷射操作。本发明总反应容器中盛放有反应溶液，生物墨水形成的液滴与反应溶液接触，就会形成具有一定强度和形状的半固态液滴，在打印完一层平面图形后，工作台下降一定距离，进行第二层的打印。

本发明中工作台可以根据打印的三维生物结构的尺寸进行更换，对于不同的生物墨水，工作面与液滴之间的吸附力也是不一样的，可以在尺寸不变的情况下，对工作面的材料进行更换或在工作面上加一层材料。为满足不同高度生物体的需要，可选择利用高度可调或者可拆卸的连接件将工作台与三维运动平台相互固定，通过高度可调或者可拆卸的连接件将工作台进行固定，能制造出不同高度的生物体。

控制单元，用于采集三维生物结构的三维信息，利用三维信息构建三维模型，对三维模型进行分层处理，形成每一层的代码信息，根据每一层的代码信息控制执行单元进行逐层打印。本发明的控制单元一般包括三维模型设计部分、分层部分和控制部分，所述控制部分与喷头驱动机构以及三维运功平台的驱动机构相连，控制喷头和工作台的工作。控制单元一般可为计算机或者其他集成芯片等。

本发明还提供了一种三维生物结构的3D打印方法，采用三维生物结构的3D打印装置，方法简单，易于操作，成本低，不需要支撑材料，只需将离散的液滴喷射到可全方位调整的工作台上就能够打印出形状复杂的三维生物结构。

一种三维生物结构的3D打印方法，采用三维生物结构的3D打印装置，包括以下步骤：

1）依据CT扫描设备数据，应用CAD软件设计三维生物结构模型；

2）将上述CAD软件设计的三维生物结构模型的实体数据，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到三维生物结构的3D打印装置中；

3）由喷头将生物墨水喷射到含有反应溶液的工作容器中，工作台根据三维生物结构在三维运功平台下全方位调整，在工作台上获得可控复杂的三维生物结构。

步骤3）中，所述生物墨水为海藻酸钠液，所述反应溶液为氯化钙溶液。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明三维生物结构的3D打印装置，特别是对运功工作台机构的结构改进，使得三维运功平台对工作台可进行全方位调整，通过喷头、运动平台和工作台的运动就能生成复杂形状的三维生物空心或实心结构，克服了传统制造悬空结构的困难。工作台的可更换设计，方便打印不同尺寸的三维生物结构。

二、本发明方法简单，易于操作，成本低，不需要支撑材料，只需将离散的液滴喷射到可全方位调整的工作台上，通过喷头、运动平台和工作台的运动就能生成复杂形状的三维生物空心或实心结构，克服了传统制造悬空结构的困难。对于不同形状的三维结构，只需改变三维模型，调整打印参数，就能直接制备具有各种结构和一定力学性能的三维支架。

三、本方法不仅仅局限于微滴喷射打印，同样适用于其他相关的三维打印设备，只需要使用同样的装置，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的三维生物结构的3D打印方法的流程示意图；

图2是本发明的三维生物结构的3D打印装置的结构示意图；

图3为本发明中喷头和供液系统的结构示意图；

图4是本发明中三维运动平台和工作台的结构示意图；

图5是本发明中三维运动平台和工作台的另一视角的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明的打印类“L”型三维生物结构工作状态示意图；

图8是本发明的打印复杂三维生物结构工作状态示意图；

图中：1为丝杆，2为运动板，3为Z轴立柱导轨，4为安装板，5为悬臂杆，6为X轴转动杆，7为X传动轴，8为X滚动轴承，9为X联轴器，10为X轴电机，11为X轴电机固定支架，12为工作台，13为Y传动轴，14为Y滚动轴承，15为Y联轴器，16为Y轴电机，17为Y轴电机固定支架，18为喷头，19为工作容器，20为支撑台，21为二维运动平台，22为Y轴转动杆，29为过滤器，30为升降台，31为贮液罐，32为减压阀，33为气容，34为空气压缩机。

具体实施方式

如图2、图3、图4、图5和图6所示，一种三维生物结构的3D打印装置，包括：打印机构、配合打印机构打印三维生物结构的运功工作台机构以及工作容器19，工作容器19置于支撑台20上。打印机构包括喷射生物墨水的喷头18以及控制喷头18喷射和运动的喷头驱动机构；喷头驱动机构包括驱动喷头18喷射的供液系统以及驱动喷头18运动的二维运动平台。

如图3所示，供液系统包括空气压缩机34，空气压缩机34与气容33相连，气容33与减压阀32相连，减压阀32与贮液罐31相连，贮液罐31与过滤器29相连，过滤器29与喷头18相连。贮液罐31固定在升降台30上，用于调节贮液罐31的高度，即调节贮液罐31中液面与喷头18喷嘴处液面的高度差，通过减压阀32和升降台30的共同作用，实现喷头喷嘴处液面的调节，实现液滴的喷射。过滤器29对贮液罐31中的生物墨水进行过滤，防止在打印过程中，生物墨水中的大颗粒粒子堵塞喷头的喷嘴，使得打印过程无法进行。气容33能减缓装置中压缩空气的变化，保证喷头18在长时间内能正常工作。升降台30的具体结构可采用现有技术。

二维运动平台也可以采用现有技术。

如图4、图5和图6所示，三维运功平台包括与地面相对固定沿竖直方向的Z轴立柱导轨3、与Z轴立柱导轨3滑动配合的运动板2、与在运动板2固定并水平设置的悬臂杆5、在一竖直方向平面内与悬臂杆5转动配合的X轴转动杆6以及在另一竖直方向平面内与X轴转动杆6转动配合的Y轴转动杆22，其中，X轴转动杆6转动的竖直方向平面与Y轴转动杆22转动的竖直方向平面相互垂直，工作台12与Y轴转动杆22连接。通过Z轴立柱导轨3、X轴转动杆6、Y轴转动杆22以及相互配合的关系，工作台12在三维运功平台控制下可以在三维方向运动，从而对工作台12进行全方位调整。Z轴立柱导轨3与运动板2通过丝杆1和丝杆电机（未画出）驱动，即Z轴立柱导轨3内设有供运动板2滑动的滑道，滑道内设有与运动板2螺纹配合的丝杆1，丝杆1由丝杆电机驱动。通过丝杆电机驱动丝杆1调整运动板2在Z轴立柱导轨3上的位置，即Z轴方向的位置。悬臂杆5一端通过安装板4固定在运动板2上，悬臂杆5另一端安装有X轴转动杆6。X轴转动杆6由X轴电机10驱动，X轴电机10通过X轴电机固定支架11固定在悬臂杆5上，X轴电机10通过X联轴器9与X传动轴7连接，X传动轴7通过X滚动轴承8安装在悬臂杆5上，X轴转动杆6套接在X传动轴7上并与X传动轴7键连接。通过上述结构，使得X轴转动杆6可以在一竖直平面内准确转动。Y轴转动杆22由Y轴电机16驱动，Y轴电机16通过Y轴电机固定支架17固定在X轴转动杆6上，Y轴电机16通过Y联轴器14与Y传动轴13连接，Y传动轴13通过Y滚动轴承14安装在X轴转动杆6上，Y轴转动杆22套接在Y传动轴13上并与Y传动轴13键连接。通过上述结构，使得Y轴转动杆22可以在另一竖直平面内准确转动。最后，使得三维运功平台可对工作台12进行全方位调整，

工作容器19设有与生物墨水配合的反应溶液，通过喷头18喷射生物墨水与工作容器19中的反应溶液反应，形成三维生物空心或实心结构。

丝杆1，丝杆1与丝杆电机连接，带动安装在丝杆1上的运动板2沿着Z轴立柱导轨3上下运动，实现工作台12沿Z轴方向的运动，上述运动板2上固定安装有安装板4。

悬臂杆5固定在上述安装板4上，悬臂杆5的另一端与X轴转动杆6通过X传动轴7相连，X传动轴7位于悬臂杆5的X滚动轴承8内，X传动轴7与X轴转动杆6通过键相连，X传动轴7的一端与X联轴器9相连，上述X联轴器9与X轴电机10相连，X轴电机10安装在X轴电机固定支架11上，X轴电机固定支架11安装在悬臂杆5上，控制单元控制X轴电机10转动时，X轴电机10通过X联轴器9带动X传动轴7转动，X传动轴7通过键带动X轴转动杆6转动，即X轴转动杆6相对于悬臂杆5发生转动，带动工作台12转动，可以实现工作台12绕X传动轴7（即沿X轴轴向）的转动；

X轴转动杆6的另一端与工作台12通过Y轴转动杆22和Y传动轴13相连，Y传动轴13位于X轴转动杆6的Y滚动轴承14内，Y传动轴13与Y轴转动杆22通过键相连，Y传动轴13的一端与Y联轴器15相连，Y联轴器15与Y轴电机16相连，Y轴电机16安装在Y轴电机固定支架17上，Y轴电机固定支架17安装在X轴转动杆6上，控制单元控制Y轴电机16转动时，Y轴电机16通过Y联轴器15带动Y传动轴13转动，Y传动轴13通过键带动Y轴转动杆22和工作台12转动，即工作台12相对于X轴转动杆6发生转动，可以实现工作台12绕Y传动轴13（即Y轴的轴向）方向的转动。Y轴转动杆22和工作台12可采用分体结构，也可以采用一体结构，图中采用一体结构。

X轴电机10、Y轴电机16以及丝杆电机均与控制部分连接，同时控制部分与喷头驱动机构和三维运功平台相连，在控制喷头和运动平台工作的同时，通过控制X轴电机10、Y轴电机16以及丝杆电机改变工作台12的状态，实现复杂三维生物结构的打印。

如图1所示，一种三维生物结构的3D打印方法，以CT扫描设备和CAD软件为基础，利用三维生物结构的3D打印装置快速打印可控复杂三维生物结构。

该三维生物结构的3D打印方法，具体是这样实现的：

步骤（1）依据CT扫描设备数据，应用CAD软件设计精确的三维生物结构模型；

步骤（2）将上述CAD软件设计三维生物结构模型的实体数据转换成STL（STereo Lithography的缩写）格式文件，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到三维生物结构的3D打印装置中；

步骤（3）由三维生物结构的3D打印装置按照代码控制喷头18将生物墨水形成的液滴喷射到工作容器19中的反应溶液中，同时控制喷头18的移动和工作台12的全方位调整，可形成复杂的三维生物结构；

步骤（4）控制单元控制Y轴电机16工作，使工作台12绕Y传动轴13（即Y轴的轴向）旋转一定角度，打印的结构在重力作用下，靠到YZ工作面上，通过控制软件控制喷头18重新定位和工作台12Z方向的移动重新调整位置，同时控制生物墨水液滴的喷射，形成与前面已打印的结构在同一平面内成一定角度的三维生物结构；

步骤（5）控制单元控制X轴电机10工作，使工作台12绕X传动轴7（即X轴的轴向）旋转一定角度，同样打印的结构会在重力作用下，靠到XZ工作面上，通过控制软件控制喷头18重新定位和工作台Z方向的移动重新调整位置，也通过控制软件控制生物墨水液滴的喷射，打印与前面结构垂直的三维生物结构；

步骤（6）重复前面的步骤（4）和步骤（5），通过Y轴电机16和X轴电机10以及丝杆电机的配合，使工作台12在三维空间内不停的旋转，经过三维生物结构的3D打印装置的不停打印，即可获得可控复杂的三维生物结构。三维生物结构可以是空心或实心结构。

实施例1

本发明的生物材料的制备过程：要形成三维生物结构，可选择的材料有很多种，以海藻酸钠与氯化钙三维结构为例，将海藻酸钠溶液作为生物墨水，氯化钙溶液作为反应溶液，分别配置500ml0.8%（wt）的海藻酸钠溶液和10%（wt）的氯化钙溶液。

如图2、图3、图4和图7所示，打印图7（a）所示的三维生物结构步骤如下：

步骤（1）应用CAD软件设计精确的三维生物结构模型；

步骤（2）将上述CAD软件设计三维生物结构模型的实体数据转换成STL格式文件，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到三维生物结构的3D打印装置中；

步骤（3）由三维生物结构的3D打印装置按照代码控制喷头18的喷射，同时控制喷头18的移动和工作台的三维运动，形成生物结构的A部分，如图7（b）所示；

步骤（4）如图7（c）所示，控制单元控制Y轴电机16工作，使工作台12绕Y传动轴13（即Y轴的轴向）慢慢转动，打印的结构在重力作用下，慢慢往YZ工作面移动，同时在该过程中，控制单元控制工作台12沿Z轴往上运动，保证打印结构上端面的最低端与液面平齐，然后控制单元控制喷头重新定位，同时控制海藻酸钠液滴的喷射，形成与前面已打印的结构A在同一平面内成设定角度的生物结构B部分，如图7（d）所示；

步骤（5）将打印的结构在反应溶液中存放一段时间，然后将工作台12升起，就得到如图7（a）所示的三维生物结构。

对于如图7（a）所示的结构，其实现方法也可以如下：

步骤（1）到步骤（3）与前面一样，得到如图7（e）所示结构；

步骤（4）如图7（f）所示，控制单元控制X轴电机10工作，使工作台12绕X传动轴7（即X轴的轴向）慢慢转动，打印的结构在重力作用下，慢慢往XZ工作面移动，同时在该过程中，控制单元控制工作台12沿Z轴往上运动，保证打印结构上端面的最低端与液面平齐，然后控制单元控制喷头18重新定位，同时控制海藻酸钠液滴的喷射，形成与前面已打印的结构A在同一平面内成设定角度的生物结构B部分，如图7（g）所示；

步骤（5）将打印的结构在溶液中存放一段时间，然后将工作台12升起，同样可以得到如图7（a）所示的三维生物结构。

对于如图7（a）所示的类似结构，本方法还可以打印呈90度的“L”型三维生物结构。

实施例2

本发明的生物材料的制备过程：要形成三维生物结构，可选择的材料有很多种，以海藻酸钠与氯化钙三维结构为例，将海藻酸钠溶液作为生物墨水，氯化钙溶液作为反应溶液，分别配置500ml0.8%（wt）的海藻酸钠溶液和10%（wt）的氯化钙溶液。

如图8所示，打印图8（a）所示的三维生物结构步骤如下：

步骤（1）应用CAD软件设计精确的三维生物结构模型；

步骤（2）将上述CAD软件设计三维生物结构模型的实体数据转换成STL格式文件，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到三维生物结构的3D打印装置中；

步骤（3）由三维生物结构的3D打印装置按照代码控制喷头18的喷射，同时控制喷头18和三维运动平台的移动，形成生物结构的A部分，如图8（b）所示；

步骤（4）如图8（c）所示，控制单元控制Y轴电机16工作，使工作台12绕Y传动轴13（即Y轴的轴向）慢慢转动90度，打印的结构在重力作用下，慢慢往YZ工作面移动，同时在该过程中，控制单元控制工作台12沿Z轴往下运动，保证打印结构上端面的最低端与液面平齐，然后控制单元控制喷头18重新定位，同时控制海藻酸钠液滴的喷射，形成与前面已打印的结构A在同一平面内成90度角的生物结构B部分，如图8（d）所示；

步骤（5）如图8（e）所示，控制单元控制X轴电机10工作，使工作台12绕X传动轴7（即X轴的轴向）慢慢转动90度，同样，打印的结构会在重力作用下，慢慢往XZ工作面移动，控制单元控制工作台12沿Z轴往下运动，然后控制单元控制喷头18重新定位，控制喷头18液滴的喷射，形成与前面已打印的结构B在同一平面内成90度角的生物结构C部分，如图8（f）所示；

步骤（6）如图8（g）所示，控制单元控制X轴电机10工作，使工作台12绕X传动轴7（即X轴的轴向）慢慢反向转动90度，控制单元控制工作台12沿Z轴往上运动，然后控制单元控制喷头18重新定位，控制喷头18液滴的喷射，形成与前面已打印的结构C在同一平面内成90度角的生物结构D部分，如图8（h）所示；

步骤（7）如图8（i）所示，控制单元控制Y轴电机16工作，使工作台12绕Y传动轴13（即Y轴的轴向）慢慢反向转动90度，控制单元控制工作台12沿Z轴往上运动，然后控制单元控制喷头重新定位，控制喷头18液滴的喷射，形成与前面已打印的结构D在同一平面内成90度角的生物结构E部分，如图8（j）所示；

步骤（8）将打印的结构在反应溶液中存放一段时间，然后将工作台12升起，就得到如图8（a）所示的复杂三维生物结构。

Claims (10)

1.一种三维生物结构的3D打印装置，包括：打印机构、配合所述打印机构打印三维生物结构的运功工作台机构以及工作容器；

其特征在于，所述的打印机构包括喷射生物墨水的喷头以及控制所述喷头喷射和运动的喷头驱动机构；

所述的运功工作台机构包括工作台以及驱动所述工作台三维运动的三维运功平台。

2.根据权利要求1所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述的三维运功平台包括与地面相对固定沿竖直方向的Z轴立柱导轨、与所述Z轴立柱导轨滑动配合的运动板、与所述运动板固定并水平设置的悬臂杆、在一竖直方向平面内与所述悬臂杆转动配合的X轴转动杆以及在另一竖直方向平面内与所述X轴转动杆转动配合的Y轴转动杆，其中，所述X轴转动杆转动的竖直方向平面与所述Y轴转动杆转动的竖直方向平面相互垂直，所述工作台与Y轴转动杆连接。

3.根据权利要求2所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述Z轴立柱导轨与运动板通过丝杆和丝杆电机驱动。

4.根据权利要求3所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述Z轴立柱导轨内设有供所述运动板滑动的滑道，所述滑道内设有与所述运动板螺纹配合的丝杆，所述丝杆由丝杆电机驱动。

5.根据权利要求2所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述X轴转动杆由X轴电机驱动，所述X轴电机固定设置在所述悬臂杆上，所述X轴电机通过X联轴器与X传动轴连接，所述X传动轴通过X滚动轴承安装在所述悬臂杆上，所述X轴转动杆套接在所述X传动轴上并与所述X传动轴键连接。

6.根据权利要求2所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述Y轴转动杆由Y轴电机驱动，所述Y轴电机固定设置在所述X轴转动杆上，所述Y轴电机通过Y联轴器与Y传动轴连接，所述Y传动轴通过Y滚动轴承安装在所述X轴转动杆上，所述Y轴转动杆套接在所述Y传动轴上并与所述Y传动轴键连接。

7.根据权利要求1所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述的喷头驱动机构包括驱动所述喷头喷射的供液系统以及驱动所述喷头运动的二维运动平台。

8.根据权利要求7所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述供液系统包括：用于提供压缩空气的空气压缩机；与空气压缩机出气口连通的气容；储液罐，该储液罐出液口与所述喷头的进液口连通，该储液罐进液口与所述气容的出气口连通；所述储液罐与气容之间的管路上设有减压阀。

9.根据权利要求8所述的三维生物结构的3D打印装置，其特征在于，所述喷头与所述储液罐之间的管路上设有过滤器。

10.一种三维生物结构的3D打印方法，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的三维生物结构的3D打印装置，包括以下步骤：

1）依据CT扫描设备数据，应用CAD软件设计三维生物结构模型；

2）将上述CAD软件设计的三维生物结构模型的实体数据，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到三维生物结构的3D打印装置中；

3）由喷头将生物墨水喷射到含有反应溶液的工作容器中，工作台根据三维生物结构在三维运功平台下全方位调整，在工作台上获得可控复杂的三维生物结构。

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