CN104924617B - 一种滴液式光固化跟随打印系统及方法 - Google Patents

一种滴液式光固化跟随打印系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滴液式光固化跟随打印系统及方法，包括二维移动平台、基板、光源、聚焦透镜、光固化液体供给系统、电磁阀喷头、用于控制所述电磁阀喷头的控制器、以及用于带动基板在竖直方向上移动的一维移动平台；基板固定于所述一维移动平台上，光源、聚焦透镜及电磁阀喷头固定于二维移动平台上，光源发出的光经聚焦透镜聚焦后形成的光斑位于基板上，所述光斑位于电磁阀喷头出液口的正下方，电磁阀喷头的入液口与光固化液体供给系统的出液口相连通；光源发出的光的波长与光固化液体供给系统中光固化液体固化所需光的波长相同。本发明能够实现细胞和光固化液体在三维空间内的精确定位，并且保证材料不受污染，同时节省材料。

Description

一种滴液式光固化跟随打印系统及方法
技术领域
本发明属于3D打印和组织工程领域，涉及一种滴液式光固化跟随打印系统及方法。
背景技术
人造组织或器官作为解决器官移植中存在的来源少的问题，在过去的三十年中得到了迅速发展。由于组织或器官中含有多种细胞，因此在人造组织或器官的打印过程中就会涉及到不同种材料包含不同细胞以及同一材料包含不同种细胞。不仅如此，实际上生物机体中存在许多需要光照下化学合成的物质。因此对于易于细胞封装，并且多水的环境适宜细胞的生长和增殖的可光固化水凝胶等材料，在人造组织或器官中有着广泛的需求。现有光固化方法适用于制造复杂结构件，例如激光立体光固化方法，具有打印速度快，成型结构精度高等优势，并已应用于多种不同细胞打印，包括心肌细胞、猪主动脉瓣间质细胞等。但是由于光固化材料是放置在液槽中，在应用到生物打印时容易造成材料污染和浪费。虽然目前也开发出多种材料的光固化成型技术，但在打印多种不同的光固化材料时需要多次更换液槽，导致打印周期过长，进而难以控制相互交叉污染。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种滴液式光固化跟随打印系统及方法，该系统及方法能够实现细胞和光固化液体在三维空间内的精确定位，并且保证材料不受污染，同时节省材料。
为达到上述目的，本发明所述的滴液式光固化跟随打印系统包括二维移动平台、基板、光源、聚焦透镜、光固化液体供给系统、电磁阀喷头、用于控制所述电磁阀喷头的控制器、以及用于带动基板在竖直方向上移动的一维移动平台；
基板固定于所述一维移动平台上，光源、聚焦透镜及电磁阀喷头固定于二维移动平台上，光源发出的光经聚焦透镜聚焦后形成的光斑位于基板上，所述光斑位于电磁阀喷头出液口的正下方，电磁阀喷头的入液口与光固化液体供给系统的出液口相连通；
光源发出的光的波长与光固化液体供给系统中光固化液体固化所需光的波长相同。
所述基板为白色聚四氟乙烯平板。
所述供液系统包括气罐、减压阀、过滤器及装有光固化液体的储液室，气罐的出气口经减压阀与储液室顶部的入气口相连通，储液室底部的出液口与过滤器的入液口相连通，过滤器的出液口与电磁阀喷头的入液口相连通。
所述减压阀通过PU管与储液室顶部的入气口相连通；
所述储液室底部的出液口通过软管与过滤器的入液口相连通。
所述储液室内气体的压强为0.01-0.2MPa，电磁阀喷头的直径为50-200μm。
电磁阀喷头的出液口与基板之间的间距为1.5-2.5mm。
光源发出的光经聚焦透镜聚焦后与竖直方向的夹角为30°-40°。
本发明所述的滴液式光固化跟随打印方法包括以下步骤：
1)光固化材料供给系统输出的光固化液体进入到电磁阀喷头内，所述光固化液体内混有细胞，控制器产生控制信号，并将所述控制信号输入到电磁阀喷头中，电磁阀喷头根据所述控制信号进行打开或关闭，使电磁阀喷头内的光固化液体掉落到基板上，同时光源发出的光经聚焦透镜聚焦后照射到基板上的光固化液体上，使光固化液体固化；
2)二维移动平台根据待制备支架的形状移动光源、聚焦透镜及电磁阀喷头，完成待制备支架上一层的打印；
3)通过一维移动平台带动基板向下移动预设距离，再重复步骤1)和2)，完成待制备支架下一层的打印，其中所述预设距离为待制备支架上一层的厚度；
4)重复步骤3)，直至得到待制备支架为止。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的滴液式光固化跟随打印系统及方法在打印制备支架时，通过二维移动平台及一维移动平台的相配合运动，实现基板相对于电磁阀喷头的三维移动，进而实现细胞与光固化液体在三维空间内的精确定位，当需要打印不同的光固化材料时，只需将其装入光固化液体供给系统中，并且当其掉落到基板上，通过经聚焦透镜聚焦后形成的光斑进行照射，从而使光固化液体快速固化，并且光固化液体依次连续固化到基板上，从而保证材料不受污染，并且节省材料，实现人造组织或器官对多种材料的加工需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中光固化液体供给系统的结构示意图；
图3为本发明中电磁阀喷头4的结构示意图。
其中，1为基板、2为聚焦透镜、3为光源、4为电磁阀喷头、5为气罐、6为减压阀、7为PU管、8为储液室、9为软管、10为过滤器、11为控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的滴液式光固化跟随打印系统包括二维移动平台、基板1、光源3、聚焦透镜2、光固化液体供给系统、电磁阀喷头4、用于控制所述电磁阀喷头4的控制器11、以及用于带动基板1在竖直方向上移动的一维移动平台；基板1固定于所述一维移动平台上，光源3、聚焦透镜2及电磁阀喷头4固定于二维移动平台上，光源3发出的光经聚焦透镜2聚焦后形成的光斑位于基板1上，所述光斑位于电磁阀喷头4出液口的正下方，电磁阀喷头4的入液口与光固化液体供给系统的出液口相连通；光源3发出的光的波长与光固化液体供给系统中光固化液体固化所需光的波长相同。
参考图2及图3，所述基板1为白色聚四氟乙烯平板；供液系统包括气罐5、减压阀6、过滤器10及装有光固化液体的储液室8，气罐5的出气口经减压阀6与储液室8顶部的入气口相连通，储液室8底部的出液口与过滤器10的入液口相连通，过滤器10的出液口与电磁阀喷头4的入液口相连通；减压阀6通过PU管7与储液室8顶部的入气口相连通；储液室8底部的出液口通过软管9与过滤器10的入液口相连通；储液室8内气体的压强为0.01-0.2MPa，电磁阀喷头4的直径为50-200μm；电磁阀喷头4的出液口与基板1之间的间距为1.5-2.5mm；光源3发出的光经聚焦透镜2聚焦后与竖直方向的夹角为30°-40°。
本发明所述的滴液式光固化跟随打印方法包括以下步骤：
1)光固化材料供给系统输出的光固化液体进入到电磁阀喷头4内，所述光固化液体内混有细胞，控制器11产生控制信号，并将所述控制信号输入到电磁阀喷头4中，电磁阀喷头4根据所述控制信号进行打开或关闭，使电磁阀喷头4内的光固化液体掉落到基板1上，同时光源3发出的光经聚焦透镜2聚焦后照射到基板1上的光固化液体上，使光固化液体固化；
2)二维移动平台根据待制备支架的形状移动光源3、聚焦透镜2及电磁阀喷头4，完成待制备支架上一层的打印；
3)通过一维移动平台带动基板1向下移动预设距离，再重复步骤1)和2)，完成待制备支架下一层的打印，其中所述预设距离为待制备支架上一层的厚度；
4)重复步骤3)，直至得到待制备支架为止。
需要说明的是，光源3的输出光的能量密度为800mw/cm2-9000mw/cm2，同时通过改变聚焦透镜2的直径和聚焦透镜2距离基板1的距离调节光斑的大小。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种滴液式光固化跟随打印方法，其特征在于，基于滴液式光固化跟随打印系统，所述滴液式光固化跟随打印系统包括二维移动平台、基板(1)、光源(3)、聚焦透镜(2)、光固化液体供给系统、电磁阀喷头(4)、用于控制所述电磁阀喷头(4)的控制器(11)、以及用于带动基板(1)在竖直方向上移动的一维移动平台；
基板(1)固定于所述一维移动平台上，光源(3)、聚焦透镜(2)及电磁阀喷头(4)固定于二维移动平台上，光源(3)发出的光经聚焦透镜(2)聚焦后形成的光斑位于基板(1)上，所述光斑位于电磁阀喷头(4)出液口的正下方，电磁阀喷头(4)的入液口与光固化液体供给系统的出液口相连通；
光源(3)发出的光的波长与光固化液体供给系统中光固化液体固化所需光的波长相同；
所述光固化液体供给系统包括气罐(5)、减压阀(6)、过滤器(10)及装有光固化液体的储液室(8)，气罐(5)的出气口经减压阀(6)与储液室(8)顶部的入气口相连通，储液室(8)底部的出液口与过滤器(10)的入液口相连通，过滤器(10)的出液口与电磁阀喷头(4)的入液口相连通；
所述减压阀(6)通过PU管(7)与储液室(8)顶部的入气口相连通；
所述储液室(8)底部的出液口通过软管(9)与过滤器(10)的入液口相连通；
包括以下步骤：
1)光固化材料供给系统输出的光固化液体进入到电磁阀喷头(4)内，所述光固化液体内混有细胞，控制器(11)产生控制信号，并将所述控制信号输入到电磁阀喷头(4)中，电磁阀喷头(4)根据所述控制信号进行打开或关闭，使电磁阀喷头(4)内的光固化液体掉落到基板(1)上，同时光源(3)发出的光经聚焦透镜(2)聚焦后照射到基板(1)上的光固化液体上，使光固化液体固化；
2)二维移动平台根据待制备支架的形状移动光源(3)、聚焦透镜(2)及电磁阀喷头(4)，完成待制备支架上一层的打印；
3)通过一维移动平台带动基板(1)向下移动预设距离，再重复步骤1)和2)，完成待制备支架下一层的打印，其中，所述预设距离为待制备支架上一层的厚度；
4)重复步骤3)，直至得到待制备支架为止。
2.根据权利要求1所述的滴液式光固化跟随打印方法，其特征在于，所述基板(1)为白色聚四氟乙烯平板。
3.根据权利要求1所述的滴液式光固化跟随打印方法，其特征在于，所述储液室(8)内气体的压强为0.01-0.2MPa，电磁阀喷头(4)的直径为50-200μm。
4.根据权利要求1所述的滴液式光固化跟随打印方法，其特征在于，电磁阀喷头(4)的出液口与基板(1)之间的间距为1.5-2.5mm。
5.根据权利要求1所述的滴液式光固化跟随打印方法，其特征在于，光源(3)发出的光经聚焦透镜(2)聚焦后与竖直方向的夹角为30°-40°。
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