CN105722662A - 一次性生物三维打印机 - Google Patents

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Abstract

一个方面涉及一种三维打印装置(10)，包括可杀菌的打印机组件(3)，可杀菌的打印机组件(3)包括至少一个打印头(36，38，40)、打印平台(32)、以及驱动机构，该驱动机构适合沿三自由度相对于所述打印平台执行所述至少一个打印头的移动；打印机壳(5)，以无菌方式封装所述打印机组件；至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个。另一个方面涉及一种打印系统，包括所述三维打印装置。另一个方面涉及一种打印方法。

Description

一次性生物三维打印机
技术领域
本发明涉及一种三维打印装置、一种打印系统以及一种打印方法。
背景技术
无菌条件下的三维物体的形成或涂覆，尤其是生化材料的涂覆需要大量努力来维持无菌条件和装配所需的设备，以在无菌条件下形成或涂覆三维物体。
因此，提供能够在无菌条件下可靠而又很容易地形成或涂覆材料的一种打印装置、一种打印系统以及一种打印方法是个问题。
这一问题是通过权利要求1所限定的三维打印装置、具有权利要求33限定的特征的打印系统以及具有权利要求44限定的特点的打印方法来解决的。在从属权利要求中限定了优选的实施方式。
发明内容
根据一个方面的三维打印装置
一个方面涉及一种三维打印装置，包括：
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到至少一个打印头中对应的一个。
所述打印机组件用在一次性应用，因此用后可丢弃。优选地，所述三维打印装置包括打印机壳是一次性的，并且一次性使用后可丢弃。所述打印机壳能包括刚性墙或柔性墙，并且优选地由可杀菌的材料制成。
所述打印机组件是无菌的或可杀菌的，例如，通过伽玛辐照，高压灭菌或比如环氧乙烷或汽化过氧化氢的化学杀菌剂。
所述打印机组件能包括单个打印头或多个打印头。所述打印头中的每一个可使用增材制造(additivemanufacturing)的专项技术，比如挤压、熔融沉积塑形、加热挤出、喷射沉积、颗粒材料粘结、光聚合等等。这些打印头适合将材料沉积在打印平台或打印托盘或在打印平台或打印托盘上的任何物体上。三维计算机辅助设计(CAD)的文件可用作构建所述三维打印结构的说明。通过沉积适当的打印材料，可以创建或形成三维物体。其他适当的打印材料能用于涂覆二维物体或三维物体。
为打印三维物体，允许在至少一个打印头与所述打印平台之间沿二自由度有相对位移就足够，其中物体的三维是通过沉积打印材料创建的。所述打印平台和至少一个打印头沿三自由度的位移是可选择的。为获得相对位移，可移动至少一个打印头或所述打印平台。具体地，所述驱动机构适合促使所述至少一个打印头相对于所述打印平台沿二自由度或三自由度移动。或者，所述驱动机构适合促使所述打印平台相对于至少一个打印头沿二自由度或三自由度移动。
增材制造步骤完成后，整理头(finishinghead)能用于消减移除三维物体上的材料。消减过程中产生的碎片可随流体介质涌入碎片托盘，并且在所述碎片盘内流体回流时过滤掉碎片。
任选地，所述三维打印机的所述无菌连接器包括一次性无菌连接器，无菌式连接和无菌式流体转移能发生在至少两个相连的互补的无菌连接器之间。此外，所述无菌连接器附加地能包括能以无菌方式热连接到一个互补的无菌连接器上的热塑管。热连接可通过焊接、超声焊接、部分熔融以及热塑性胶粘结中的至少一个来执行。
任选地，所述打印机壳的内体积借助于通气过滤器与外部流体连接。所述通气过滤器可以是杀菌级通气过滤器，以保持所述打印机壳内部处于无菌状态。封装所述打印机组件的所述打印机壳的内部可填充有同质气体混合物或异质气体混合物，比如压缩空气，氮气，二氧化碳，或其他混合物，并且可利用通气过滤器，优选地杀菌级通气过滤器，与外部进行通气。
任选地，至少一个打印头在固定位置，并且所述打印平台可沿二自由度或三自由度移动。自由度可以是沿线性轴移动或绕转动轴旋转。因此，三自由度能包括三个转动轴或能包括两个转动轴和一个线性轴或能包括一个转动轴和两个线性轴或能包括三个线性轴。优选地，自由度均采用相互正交的线性轴，因此，这些轴限定笛卡尔坐标系统。
任选地，所述三维打印机的至少一个打印头在固定位置，并且所述打印平台可沿二轴框架或三轴框架移动。所述打印平台可利用气动执行器或磁性执行器沿轴框架移动。
任选地，所述气动执行器包括至少一个袋或囊，通过向至少一袋或囊内提供流体压力使至少一个袋或囊在至少一个方向伸展。为获得所述打印平台的精确移动和定位，所述气动执行器能包括粗糙袋和精细袋，其中当所述粗糙袋和所述精细袋填充有相同体积的流体或当相同的内部流体压力施加到这些袋时，所述粗糙袋在至少一个方向上比所述精细袋更具伸展性。另外，所述打印平台可包含多个粗糙袋和精细袋，多个粗糙袋和精细袋能用于自动修正所述打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。
作为一个选择，所述气动执行器能包括至少一台流体致动电机，至少一台流体致动电机沿轨道或螺纹螺钉移动来沿对应轴定位所述打印平台。所述流体致动电机能包括任何气体或气液混合物。具体地，流体能包括空气、氮气、或任何惰性气体。
作为进一步选择，所述三维打印机能包括磁性致动器，该磁性致动器包括至少一台磁性驱动机构并且可通过互补的外部磁性驱动机构旋转或线性移动。
任选地，所述三维打印机包括位置跟踪系统，也叫精确跟踪系统，该系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至少一个打印头的位置。因此，借助于所述跟踪系统，可以精确地测量在三轴框架内的所述打印平台的一个或多个坐标。为获得所述打印平台沿一个或多个框架轴最大定位精度，沿同一个自由度的轴可使用多个(磁性或气动)致动器。具体地，两个或多个致动器可致动对应的轨道或螺纹螺钉，来提供打印平台移动的粗糙到精细的分辨率。可提供位置控制器来控制和自动修正所述致动器的移动，从而将所述打印平台定位到通过至少一个打印头的材料的沉积需要的准确坐标。
所述跟踪系统能包括激光跟踪系统，该激光跟踪系统包括设置在所述三维打印机组件外部的外部激光源、在所述打印平台的至少一部分上的镜子或反射材料、用于探测反射激光发射时间与角度的激光探测装置、以及计算并报告所述打印平台相对于至少一个打印头的坐标的计算系统。
或者，所述跟踪装置能包括在所述三维打印机组件外部的多台摄像机、在所述打印平台的至少一部分上的可见目标材料、以及计算并报告所述打印平台相对于至少一个打印头的坐标的计算系统。这些摄像机可以是具有高分辨率的宏观摄像机，比如HDTV摄像机或总体上水平分辨率为1000像素以上的摄像机。
任选地，所述三维打印机包括转移舱口，该转移舱口适合移除包含三维打印物体的所述打印平台。借助于所述转移舱口，物体可以无菌方式从所述打印机壳转移出来或转移到所述打印机壳。因此，所述转移舱口可形成于所述述打印机壳的壁上。优选地，所述转移舱口无菌地连接到无菌转移袋，该无菌转移袋允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物体转移时保持无菌性。
任选地，所述三维打印机能包括用于分配一卷薄膜或几张薄膜的薄膜分发器，在所述一卷薄膜或几张薄膜上可借助于所述打印组件打印。借助于至少一个打印头，可在薄膜上打印蛋白质、抗体、分子、结构脚手架(scaffolding)或其他打印材料。这些打印材料可以存储在位于无菌打印机壳内的对应打印头的罐内或可通过流体线从外部打印材料源获得。所述流体线可以永久固定在所属的打印头上，具体地来保持所述打印材料和/或打印头无菌。或者，所述流体线可以可拆卸地连接到所属的打印头，例如，通过无菌式连接器。
所述薄膜分发器可气动或磁性地驱动。为能制造出不同尺寸、不同形状的薄膜，所述三维打印机可进一步包括用于将一卷薄膜或几张薄膜切为条、段、图形、或片的薄膜切割器。所述薄膜切割器可以是被动的或主动的。被动薄膜切割器能包括一个或多个固定刀片，因此，该被动薄膜切割器利用薄膜卷的分配以利用所述静刀片或切割模具将薄膜切为条。主动薄膜切割器能包括一个或多个活动刀片或旋转刀片，因此，该主动薄膜切割器利用所述刀片的机械移动来切割薄膜，其中，这些刀片可由气动致动器或外部磁性驱动机构驱动。
任选地，所述三维打印机进一步包括收集从薄膜切下来的条、段、图形、或片的收集装置，其中该收集装置可沿所述三轴框架移动，来收集在打印机壳内不同位置的条等。
根据借助于至少一个打印头打印的所述打印材料，需要支持所述打印材料的固定。例如，或许需要通过提供干燥空气和/或热空气来支持溶解在水溶液中的打印材料的干燥过程，并且热塑材料或许需要冷却，具体地通过向所述打印材料吹冷空气来冷却。因而，所述三维打印机能包括干燥三维打印物体的干燥装置。具体地，所述干燥装置能包括干燥空气通孔，该干燥空气通孔从外部空气供应装置提供空气。作为一个选择，所述干燥空气通孔能包括杀菌级的通气过滤器，该杀菌级的通气过滤器用于过滤进入的空气，以保持所述打印机壳内无菌。
所述热空气或冷空气可由外部装置提供并且通过通孔流入所述打印机壳内，具体地流到所述打印平台。所述三维打印机能包括分散机构，该分散机构均匀地将热空气或冷空气分布在所示打印平台的区域，尤其是在所述薄膜上，以干燥在薄膜上的打印材料。所述三维打印机可选择性地或另外包括加热或冷却装置，该加热或冷却装置为贴附在所述打印机壳上或包含在打印机壳内的一次性装置。
为保持所述打印机壳内或多或少的恒压，来自所述干燥空气通孔的多余空气可借助于通孔，具体地，无菌通孔释放入所述打印机壳的外部。相应地，来自所述气动致动器的废气可释放入所述打印机壳，该打印机壳通过通孔保持在环境压力下。该通孔可作为空气压力调节装置，以保持所述打印机壳的内部在环境压力或在预定的低压或超压。
为保持所述打印机壳内温度或多或少恒定，所述打印机壳的至少一部分可形成为隔热件或护套。该隔热件或护套可包含防止热转移的绝热层或包括通过隔热件抽吸流体的管或毛细管，来保持所述三维打印机内的温度恒定。
所述三维打印机也能包括温度调节装置，来保持所述打印机壳内恒温。温度调节装置可测量所述打印机壳内的所述三维打印装置的内部温度，并且加热或冷却流入所述打印机壳内的流体来进行所述打印材料的温度调节和/或保温。
所述打印平台可形成为打印托盘或能包括托盘，该托盘能填充液体，优选地，营养丰富的液体，以在打印过程中为活细胞提供生长环境。所述托盘内的流体可根据打印结构的要求进行再循环、混合、过滤、或沥干和替换。
任选地，通过所述打印平台或至少一个打印头来提供电荷。因而，所述至少一个打印头和/或所述打印平台的每一个能包括电极，来产生和分布小电荷。已调节的电荷能用于在器官生长、孵化或发育的过程中刺激位于所述打印平台，具体地在托盘上的细胞。
任选地，所述三维打印机能包括水平地调平所述打印平台的调平装置。借助于所述调平装置，可确保所述三维打印机以及所述三维打印机的打印平台或托盘在打印过程中调平。另外，所述调平装置能用于自动修正所述打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。
根据一个方面的打印系统，
一个方面涉及一种打印系统，具有
三维打印装置，包括：
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到至少一个打印头中对应的一个；
控制装置，包括：
-互补的驱动机构，适合驱动所述三维打印装置的所述驱动机构中对应的一个；
-至少一个无菌打印材料容器，流体连接所述至少一个无菌连接器中对应的一个；
-控制器，其借助于所述互补驱动机构来控制至少一个打印头的移动并且借助于至少一个打印头来控制所述打印材料的喷射。
任选地，促使至少一个打印头移动的所述互补驱动机构包括互补磁性致动器。
任选地，所述互补磁性致动器包括外部电机，该外部电机驱动贴附有多块磁铁的轴。必须得懂得，每个自由度或移动轴可具有多个互补磁性致动器。每一个互补磁性致动器可利用外部电机，优选地，步进电机，该磁性致动器包含轴和具有多块磁铁的头。这些磁铁可以是亚铁磁铁(比如铁)、稀土磁铁(比如钕)、超导磁铁、或磁流体(铁磁流体)。至少一个磁性头可直接或间接地与所述磁性致动器的内部磁性头配合，该磁性致动器在内部并且包含使用承载系统或刚性墙隔离的多块磁铁。当外部电机旋转时，外部磁铁或内部磁铁的磁性连接转动所述内部磁性头，该内部磁性头反过来驱动对应的打印头沿一自由度相对于所述打印平台移动。驱动可由内部螺纹螺钉来执行，该内部螺纹螺钉用来精确地在三轴框架内沿轨道或螺纹螺钉促使所述打印平台移动。可用跟踪系统精确地测量所述打印平台托盘的移动。所述外部磁性驱动机构移动到所述打印装置沉积材料所需的准确坐标，从而所述系统可自动修正所述打印平台的位置。
任选地，促使至少一打印头移动的所述互补驱动机构包括可控的气动源。所述可控的气动源优选地是自动化完整性测试装置。为提供唯一的单个可控气动源，可控气动源可连接到气动歧管或气动复用器，以将多个互补驱动机构中的单个互补驱动机构依次流体连接到所述可控气动源。所述三维打印机，其中自动化完整性测试装置，优选地，具有精细分辨率压力传感器的赛多利斯袋完整性测试装置，可用作所述气动驱动机构的测量及压力源，比如袋或囊充气机构，以通过至少一个打印头将所述打印平台/托盘定位到打印沉积材料所需的准确坐标。
通过所述自动化完整性测试装置或外部装置来控制所述歧管装置，该歧管装置将管从所述三维打印机连接到测量压力源。所述歧管装置可将管从所述三维打印机连接到测量压力源，测量压力源由所述自动化完整性测试装置或外部装置来控制。歧管装置的重复使用的电子控制段可外贴附到所述歧管装置的一次性无菌段。
任选地，所述打印系统包括位置跟踪系统，该位置跟踪系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于至少一个打印头的位置。所述位置跟踪系统连接到所述控制器，以修正所述打印平台的位置到所述打印材料通过至少一个打印头沉积需要的预定坐标。所述跟踪系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至少一个打印头的位置。所述打印系统的所述控制器可以控制所述驱动机构，例如，自动修正这些袋的充气，以定位所述打印平台到通过所述打印头的打印材料的沉积所需要的准确坐标。
任选地，所述打印系统的三维打印机进一步包括薄膜切割器，该薄膜切割器在所述控制器控制的气动致动器或外部磁性驱动机构的驱动下将一卷薄膜或几张薄膜切为条、段、图形、或片。
任选地，所述打印系统的三维打印机进一步包括干燥三维打印物体的干燥装置，其中，所述干燥装置包括位于所述打印机壳外的空气供应装置，该空气供应装置通过所述打印机壳上的通孔向所述打印平台提供空气。可利用所述空气供应装置通过所述通孔，利用加压热空气或加压冷空气干燥所述打印材料，优选地，通过杀菌级通气过滤器过滤流入所述打印机壳内的空气。加热或冷却装置可采用外部装置处理的热空气或冷空气，并且可将热空气或冷空气输入所述三维打印组件。所述加热或冷却装置可包含分散机构，该分散机构均匀地将热空气或冷空气分布到所述打印平台或打印物体，比如薄膜，以干燥已打印的材料，例如打印到所述薄膜上的材料。所述加热或冷却装置可以是一次性装置。
任选地，所述三维打印机的所述无菌连接器流体连接到进料源或处理源，该进料源或处理源包括生物反应器、发酵器、过滤队列、横向流组件、薄膜吸收器、立柱、离心设备、连续离心设备、培养箱或其他生物处理组件中的至少一个。所述过滤队列能包括深度过滤器、预过滤器、杀菌级过滤器、超滤器、病毒过滤器等。所述横向流组件能包括微滤盒或超滤盒。
根据所述打印方法的一个方面
一个方面涉及一种打印方法，包括步骤：
+提供三维打印装置，该三维打印装置包括
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，其适和沿二自由度或三自由度在至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到至少一个打印头中对应的一个。
+将至少一个无菌打印材料容器流体连接至少一个打印头中对应的一个；
+借助于耦合到所述驱动机构的互补驱动机构，移动所述至少一个打印头，以及
+借助于将打印材料打印到所述打印平台上或打印到位于打印平台上的物体上的至少一个打印头，在无菌条件下喷射打印材料。
以防所述打印机组件不在无菌条件下，所述打印方法能包括给所述打印机组件杀菌的步骤。杀菌可通过使用伽玛辐照、高压灭菌、或比如环氧乙烷或汽化过氧化氢的化学杀菌剂来进行。
附图说明
本发明的附加的物体、优势以及特征现在将更详细地描述，例如参照附图描述的优选的实施方式，在所述附图中：
图1示出利用高度调节的压力源和电子控制的歧管来控制三轴托盘移动的无菌的一次性三维打印机的一个实施方式。
图2示出在三维打印机内使用的用于促使平台在三轴框架上移动的充气袋或囊的一个实施方式。
图3示出使用充气袋或囊的所述三维打印平台的x轴控制件和z轴控制件移动的一个实施方式。
图4示出使用充气袋或囊的所述三维打印平台的y轴移动的一个实施方式。
图5示出驱动所述三维打印托盘进入打印材料沉积的精确位置的交替机构的一个实施方式。
图6示出核实所述托盘沿三轴框架的坐标位置的精确跟踪系统的一个实施方式。
图7示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的一个一次性生物反应器和一个过滤组件的一个实施方式。
图8示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的两个一次性生物反应器和两个过滤组件的一个实施方式。
图9示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的一次性生物反应器、过滤组件和横向流组件的一个实施方式。
图10示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的一次性生物反应器、离心组件、过滤组件、薄膜吸收器、以及横向流组件的一个实施方式。
图11示出具有堆积/存储托盘用的三维轴框架的一次性三维薄膜打印机的一个实施方式。
图12示出具有多段式瓦片打印平台和薄膜分发器的来形成多个打印过滤装置的一次性三维打印机的一个实施方式。
图13示出将所述打印头插入所述无菌三维组件本体的连接步骤的一个实施方式。
图14示出柔性壁三维打印机从包装运输配置开始的安装过程的一个实施方式。
具体实施方式
图1示出三维打印装置10包括封装打印机组件3的打印机壳5。打印机壳5的内部，具体地，打印机组件3，是可杀菌的并且一次性的。打印机壳5由刚性壁或柔性壁7形成，且通过刚性内部骨架和/或刚性外部骨架保持打开的状态。
三维打印装置10，具体地打印机组件3和/或打印机壳5的内部，可通过伽玛辐照，高压灭菌或化学杀菌剂(比如环氧乙烷或汽化过氧化氢)来杀菌。所述电子控制构件用于控制重复使用的或对杀菌方法敏感的打印机组件3，可设置在打印机壳5外面并且安装时可拆卸地贴附到已杀菌的三维打印机10上。
借助于流体源供应的加压流体，可沿三自由度，比如三轴x、y和z来定位所述三维打印装置的至少一个打印头。举例来说，压缩空气可用作加压流体。驱动所述三维打印机用的三轴控制器的调节流体源可由自动化完整性测试装置12来控制，自动化完整性测试装置12采用来自进入源的空气压力以及敏感的修正压力传感器来准确测量和分配流体，比如空气，的精确压力到出口连接16。
出口连接16可连接到通入电子控制歧管22的杀菌级过滤器20。所述歧管物理上打开并且封闭通入三维打印机10的所有空气压力管道26的接头，该歧管由连接到控制装置12的电子连接线路24控制。歧管22和通气过滤器20单元作为沿三维打印机10的单件是可杀菌的，并且具有外部电子控制装置(未示出)，该外部电子控制装置可贴附到歧管22上来控制每条空气压力管道26的开关。管道26可传送流体压力并且可单独贴附到流体致动器上，比如空气致动器或充气袋或囊上，该流体致动器能用于促使打印托盘32在三轴框架30上移动。歧管22也可单独向每条管道26通气，以去除在充气袋或囊或在空气致动器内的空气压力。所述三维打印机通过杀菌级空气过滤器28来通气，以使内部压力一直保持在环境压力。这些流体致动器沿由螺纹螺钉或轨道组成的三轴框架30推动或拉动打印托盘32。
打印托盘32可以是平台或具有在打印过程中容纳流体的壁。三维打印机10的特征在于多个不同功能的固定或活动打印头。在本实施方式，所述打印头是固定的，本实施方式的特征在于用蛋白质、化学品或分子涂敷三维打印物体的喷射沉积打印头36，用于来自生物反应器细胞和其他材料沉积的固体挤压机打印头38，以及用于结构元件沉积的加热固体挤压机头40。在所述托盘上完成打印后，可通过在三维打印机10的壁上的转移舱口34移除所述托盘和打印结构。无菌转移袋(未示出)可连接到转移舱口34上，所述托盘和三维打印物体可通过转移舱口34移除，且可保持转移舱口34处于无菌环境。如果采用相同的装置需要进一步的打印步骤，整个三维打印机组件10也可放置在保温箱内。
图2示出在三维打印机内使用的用于促使平台在三轴框架上移动的充气袋或囊的一个实施方式。
视图‘A’是可通过口52充气和放气的二维囊50的俯视图。
视图‘B’是可通过口56充气和放气的三维袋54的侧视图。
视图‘C’是放气的三维袋60的组件的侧视图。
视图‘D’是充气的三维袋62的组件的侧视图。
在所述组件内的个体三维袋尺寸由大变小，这些个体三维袋尺提供三维打印平台的移动的由粗糙到精细的分辨率。袋64和袋66提供充气的粗糙分辨率，同时袋68和袋70提供充气的精细分辨率。这些袋适当地移动所述三维打印平台到正确位置，来实现在指定坐标内打印材料的准确沉积。
图3示出使用充气袋或囊的所述三维打印平台的x轴控制件和z轴控制件移动的一个实施方式。
视图‘A’是三维打印装置的一个实施方式的俯视图。该三维打印装置具有可打印空间100，在该可打印空间100内，三维打印平台102，下面也称作打印机托盘102，作为优选的打印平台，由充气袋或囊的粗糙分辨率和精细分辨率推到精确位置。
在这种情况下，三维打印机托盘102在中心位置，并且袋104和袋106在放气位置。
视图‘B’是可打印空间100的俯视图，在可打印空间100内，三维打印机托盘102’，作为优选的打印平台，因袋组件106’充气而被向左推到精确位置。袋组件104保持放气位置。
视图‘C’是可打印空间100的一个实施方式的俯视图，在可打印空间100内，三维打印机托盘102”，作为优选的打印平台，因袋组件104’充气和袋组件106’放气而被向右推到精确位置。
视图‘D’是可打印空间100的一个实施方式的俯视图，在可打印空间100内，三维打印机托盘102”’，作为优选的打印平台，因袋组件108’充气而被向前推到精确位置。袋组件104、袋组件106和袋组件110依旧处于放气位置。
视图‘E’是可打印空间100的一个实施方式的俯视图，在可打印空间100内，三维打印机托盘102””，作为优选的打印平台，因袋组件110’充气和袋组件108放气而被向后推到精确位置。袋组件104和袋组件106依旧处于放气位置。
视图‘F’是可打印空间100的一个实施方式的俯视图，在可打印空间100内，三维打印机托盘102””’，作为优选的打印平台，因在向前方向的袋组件108’和在右方向的袋组件104’充气而被向前右方推到精确位置。袋组件104和袋组件110依旧在放气位置。
图4示出使用充气袋或囊的三维打印平台或打印机托盘124的所述y轴移动的一个实施方式。
视图‘A’是三维打印机120的一个实施方式的侧视图，在三维打印机120内，三维打印机托盘124由充气袋或囊的粗糙分辨率和精细分辨率推到精确位置。在这种情况下，三维打印机托盘124处于中心位置，并且袋组件122处于放气位置。
视图‘B’是三维打印机120的一个实施方式的侧视图，在三维打印机120内，三维打印平台或打印机托盘124因袋组件122’充气而被向上推到精确位置。袋组件122’充气使托盘上升，这也使得用于三轴框架x轴控制件和y轴控制件的袋组件(未示出)上升。
图5示出驱动所述三维打印托盘或打印平台进入打印材料沉积的精确位置的交替机构的一个实施方式。
视图‘A’是气动致动器140的一个实施方式的侧视图，气动致动器140通过空气管线144利用压缩空气150，该气动致动器140利用阀杆或旋转致动器146将空气压力转化为机械运动并且驱动贴附在所述三轴框架上的内部螺钉机构148，在该实施方式中，所述三轴框架包括螺纹螺钉142。这个机构允许气动致动器140沿螺纹螺钉142的路径，或者轨道在前后方向154上移动。废弃的压缩空气从出口152中排出并进入所述三维打印机腔室，该三维打印机腔室通过适当尺寸的杀菌级通气过滤器(未示出)来通气，该适当尺寸的杀菌级通气过滤器保持该腔室处于环境压力。
视图‘B’是能驱动内部螺钉移动所述三维打印机托盘的磁性电机控制装置的侧视图。所述磁性电机控制装置包括外部电机156，轴158以及包含多块磁铁162的联动装置160。联动装置160连接到刚性或柔性三维打印机体墙壁164的一个位置。内部联动装置168包含与外部联动装置160配合的多块磁铁166。外部电机156促使外部联动装置160和磁铁162旋转，并且因此，驱动内部磁铁166和联动装置168，从而实现内部螺纹螺钉170的回转运动172。减摩组件，比如滚珠轴承(未示出)，可用在内部联动装置168和外部联动装置160上，以减小在三维打印机壁164上的驱动磁铁的摩擦。内部螺纹螺钉170的回转运动172允许所述三维打印托盘或打印平台沿内部螺纹螺钉170的旋转轴在正向或反向上精确地移动。
图6示出核实所述打印平台也叫打印托盘沿三轴框架的坐标位置的精确跟踪系统或位置跟踪系统的一个实施方式。所述精确跟踪系统可另外用来修正所述打印平台或所述打印托盘与使用中的所述打印头之间的距离。所述精确跟踪系统可确定在所述打印平台或所述打印托盘上的多个点的距离和位置并作出调整来调平所述打印平台，使所述打印平台与所述打印头对齐。这个功能可以在打印之前和/或打印时执行。
视图‘A’是三维打印机180的正视图，在三维打印机180内，激光发射装置182发出信号186，该信号186借助于位于所述打印平台或托盘上的多个镜子184来反射。
视图‘B’是同一个三维打印机180的正视图，正如视图‘A’，在三维打印机180内，激光探测装置188探测信号186’到达给出所述三维打印托盘位置精确坐标的探测器采用的角度与耗费的时间。这条信息转发给所述控制器，所述打印机可以精确地将材料沿三轴框架沉积到所述打印托盘上。
视图‘C’是三维打印机180的正视图，三维打印机180包括摄像机阵列190，其中摄像机阵列190用于观测贴附在所述三维打印平台上的可见目标192或同所述三维打印平台也叫打印托盘一起形成的可见目标192。可见目标192的位置和尺寸可提供所述三维打印托盘位置的精确坐标，该坐标信息转发给所述控制器，所述打印机可以精确地将材料沿三轴框架沉积到所述打印托盘上。
视图‘D’是摄像机阵列190识别的可见目标194的一个实施方式。
图7示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机上的一次性生物反应器和过滤组件的一个实施方式，其中，所述三维打印机能形成打印物体。本实施方式示出伽玛辐照组件，该伽玛辐照组件包含通过无菌连接器202连接到过滤队列的一次性生物反应器。所述过滤队列能包括多个过滤器，多个过滤器包括但不限于深度过滤器204、预过滤器206、以及杀菌级过滤器208。
过滤队列通过无菌连接器210连接到缓冲罐容器214。缓冲罐容器214填充有所述生物过滤器过滤的材料，并且缓冲罐容器214可由恒压源或恒流源驱动。杀菌级过滤器218在填充时允许缓冲罐容器214通气。过滤过程完成后或缓冲罐容器214填满后，关闭连接到过滤队列的阀门212，并且调节的压缩空气管线216贴附到杀菌级过滤器218。压力驱动液体向上流到汲取管并且流入通过无菌连接器220连接到三维打印组件230的管件。利用细胞保留和集中装置，优选地伽玛辐照水力旋流器(未示出)，集中来自缓冲罐容器214的材料。可通过挤压、喷射沉积或通过打印机组件222的至少一个打印头中的一个或多个与结构构件的混合将所处理的材料沉积到在三维打印托盘或打印平台224上的精确位置。三维打印托盘224上的三维打印物体226是通过将来自于打印机组件222的材料层层叠加打印形成的。三维打印机230容器，可以是刚性的或柔性的，通过杀菌级通气过滤器228来通气。三维打印物体226的打印完成后，三维打印托盘224以及打印结构226可通过在三维打印机230的壁上的转移舱口232来移除。无菌转移袋234可通过无菌连接件236连接到转移舱口232上。因此，打印托盘224以及三维打印物体226在保持在无菌环境的同时，可从三维打印机230上移除。
图8示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的两个一次性生物反应器和两个过滤组件的一个实施方式。本实施方式示出包含两个一次性生物反应器250和280的伽玛辐照组件，两个一次性生物反应器250和280通过无菌连接器252和282连接到过滤队列。所述过滤队列能包括多个过滤器，多个过滤器包括但不限于预过滤器254和284以及杀菌级过滤器256和286。所述过滤队列可通过无菌连接器258和288连接到缓冲罐容器262和292。缓冲罐容器262和292填充有各自的生物反应器过滤的材料，且缓冲罐容器262和292可由恒压源或恒流源驱动。杀菌级通气过滤器266和296在填充时允许缓冲罐容器262和292通气。过滤过程完成或缓冲罐容器262和292填满后，连到过滤队列的阀门260和290关闭，调节的压缩空气管线264和294贴附到杀菌级通气过滤器266和296。空气管线264和294提供的加压空气驱动液体向上流到汲取管并且流入管件，该管件通过无菌连接器279和298连接到一次性三维打印组件300。
可通过挤压，喷射沉积或通过打印机组件302上的一个或多个打印头与结构构件的混合将来自缓冲罐容器262和292的材料沉积到三维打印托盘或打印平台304上的精确位置。在三维打印托盘304上的三维打印物体306是通过将来自于任一生物反应器的材料或来自打印机组件302的处于指定混合状态的两个生物反应器的材料层层叠加打印形成的。
三维打印机300容器，可以是刚性的或柔性的，并通过杀菌级通气过滤器308通气。三维打印物体306完成打印后，三维打印托盘304及打印结构306可通过在打印机300壁上的转移舱口310移除。
图9示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的一次性生物反应器、过滤组件和横向流组件的一个实施方式。本实施方式包括伽玛辐照组件，该伽玛辐照组件包含通过无菌连接器322连接到过滤队列的一次性生物反应器320。所述过滤队列能包括多个过滤器，多个过滤器包括但不限于深度过滤器324、预过滤器326、以及杀菌级过滤器328。所述过滤队列通过无菌连接器330连接到缓冲罐容器338。缓冲罐容器338填充有所述生物反应器过滤的材料，缓冲罐容器338由恒压源或恒流源驱动。杀菌级通气过滤器334在填充时允许缓冲罐容器338通气。过滤过程完成后或缓冲罐容器338填满后，连到过滤队列的阀门336关闭，并且调节的压缩空气管线332与杀菌级空气过滤器334流体连接。压力驱动液体向上流到汲取管并且流入连接到预杀菌的横向流组件340的管件。
横向流组件340能包括大小不同的多个微过滤盒342和多个超过滤盒344。所述横向流组件通过无菌连接器346连接到缓冲罐容器350。缓冲罐容器350填充有所述横向流组件过滤的和/或集中的材料，缓冲罐容器350由恒压源或恒流源驱动。杀菌级通气过滤器354在填充时允许缓冲罐容器350通气。横向流处理完成后或缓冲罐容器350填满后，连到所述横向流组件的阀门348关闭，并且调节的压缩空气管线352贴附到杀菌级空气过滤器354。压力驱动液体向上流到汲取管并且流入通过无菌连接器356连接到三维打印组件360的管件。
可通过挤压，喷射沉积或通过打印机组件358上的一个或多个打印头与结构构件的混合将来自缓冲罐容器350的材料沉积到三维打印托盘或打印平台362上的精确位置。伽玛辐照前，薄膜条和/或诊断条364可预置在三维打印托盘362上。在诊断分析时，三维打印组件358可将蛋白质和/或其他集中的超滤材料喷射沉积到薄膜条上以供使用。另外，通过来自打印机组件358的材料层层叠加打印将其他结构构件增加到这些薄膜条上。在三维打印薄膜条364上的打印完成后，可通过在三维打印机360壁上的转移舱口366移除三维打印托盘362和打印薄膜条364。
图10示出通过无菌连接器连接到一次性三维打印机来形成打印物体的一次性生物反应器、离心组件、过滤组件、薄膜吸附组件、以及横向流组件的一个实施方式。本实施方式包括包含一次性使用生物反应器370的伽玛辐照组件，一次性使用生物反应器370通过无菌连接器372连接到连续流离心机374。所述连续流离心机从生物反应器的所得物中移除重粒子，并且允许上清液继续流入所述过滤队列组件。所述过滤队列能包括多个过滤器，多个过滤器包括但不限于深度过滤器(未示出)、预过滤器376以及杀菌级过滤器378。所述过滤队列通过无菌连接器380连接到缓冲罐容器384。缓冲罐容器384填充有生物过滤器过滤的材料，缓冲罐容器384由恒压源或恒流源驱动。杀菌级通气过滤器388在填充时允许缓冲罐容器384通气。过滤过程完成后或缓冲罐容器384填满后，连到过滤队列的阀门382关闭，并且调节的压缩空气管线386流体连接到杀菌级通气过滤器388。压力驱动液体向上流到汲取管并且流入连接到预杀菌薄膜吸收器390的管件。薄膜吸收器390是载有用于生物分子可逆结合的功能团的色谱膜。所需的分子可以通过所述薄膜吸收器来捕捉，然后洗提，不想要的分子在进一步处理之前可通过薄膜吸附移除。薄膜吸收器390可连接到预杀菌横向流组件392。横向流组件392能包括大小不同的多个微过滤盒和/或超过滤盒。所述横向流组件通过无菌连接器394连接到缓冲罐容器398。缓冲罐容器398填充有横向流组件392过滤和/或集中的材料，缓冲罐容器398由恒压源或恒流源驱动。杀菌级通气过滤器412在填充时允许缓冲罐容器398通气。横向流处理完成后或缓冲罐容器398填满后，连到所述横向流组件的阀门396关闭，并且调节的压缩空气管线410贴附到杀菌级空气过滤器412。压力驱动液体并向上流到汲取管并且流入通过无菌连接器414连接到三维打印组件400的管件。
通过挤压，喷射沉积或通过打印机组件402上的一个或多个打印头与结构构件的混合将来自缓冲罐容器398的材料沉积到三维打印托盘或打印平台404上的精确位置。伽玛辐照前，薄膜条和/或诊断条406可预置在三维打印托盘404上。在诊断分析时，三维打印组件402可将蛋白质和/或其他集中的超滤材料喷射沉积到薄膜条上以供使用。另外，可通过来自打印机组件402的材料层层叠加打印将其他结构构件增加到这些薄膜条上。在三维打印薄膜条406上的打印完成后，可通过在三维打印机400壁上的转移舱口408移除三维打印托盘404和打印薄膜条406。
图11示出具有堆积或存储托盘用的三维轴框架的一次性薄膜打印机的一个实施方式。本实施方式示出包含薄膜分配和打印段502的伽玛辐照薄膜打印组件500，伽玛辐照薄膜打印组件500具有薄膜卷510，薄膜卷510通过销子(未示出)悬挂。来自薄膜卷510的薄膜通过磁性辊组件512分配，磁性辊组件512与具有磁性头(未示出)的外部电机配合，通过薄膜打印组件500驱动薄膜移动。外部电机的速度控制磁性辊组件512移动的速度以及从卷510上分配薄膜的速度。在分配薄膜时，被动辊514的组件保持薄膜平直拉紧。这些被动辊514现在可穿过薄膜打印组件500，以保持薄膜拉紧且处于直线轨迹。
可通过一次性生物反应器提供的流体材料在压力下从管子516进入打印头518。电子控制的打印头518以特定图案将流体520分配到薄膜上。在这一过程中，如果流体需要多次通过和/或需要将材料结构沉积到薄膜上，磁性辊组件512可倒退该薄膜。已打印的薄膜段通过壁522上的开口进入组件504的干燥部，在该干燥部，薄膜可利用加热的杀菌空气或冷却的杀菌空气来进行干燥。
利用杀菌级通气过滤器524带入来自外部源的加热或冷却的空气。空气可通过扩散器块526进入薄膜打印组件500，其中扩散器块526带走进入的空气并且将空气扩散，从而均匀应用跨过所述薄膜的加热或冷却的空气528来实现均匀干燥。然后，薄膜段穿过在壁530上的开口到达薄膜打印组件500的切割部506。如果加热的空气用来干燥在薄膜上的已打印的材料，壁522和壁530，作为物理障碍，来阻止薄膜组件内的构件过热。
在一个简单的实施方式中，壁522和壁530可以是单层薄塑料。在一个较复杂的实施方式中，壁522和壁530可包含隔热件来阻止热量转移到组件的其他区域。在一个更复杂的实施方式中，壁522和壁530可包含管的毛细管网，该管可连接到冷却水源或加热的水源来阻止热量转移并且抵消用于干燥已打印薄膜的空气的温度。可护封整个三维打印组件的壁来保持恒定的所需温度。
切割部506包含至少两个活动夹具，该至少两个活动夹具包括顶夹具532和底夹具534。顶夹具532和底夹具534可向下夹住特定段的薄膜，该特定段优选地未经过打印处理并且允许刚性夹持，从而刀切割组件536可将薄膜切割为多段。刀切割组件536内的多把切割刀或多个切割模具可将薄膜切割为水平段或竖直段，或切割为按要求的特定尺寸的模切图形。当薄膜送入刀切割组件536时，刀切割组件536的特点就在于薄膜下的被动刀，该刀切割组件536将薄膜切割为规定尺寸的竖直条。可机械致动水平切割刀，将薄膜条切割为特定长度。可利用外部空气压力源来气动驱动顶夹具532，底夹具534以及来自刀切割组件536的已致动的水平切割刀或可利用外部机械源来磁性驱动顶夹具532，底夹具534以及来自刀切割组件536的已致动的水平切割刀。当刀切割组件536切割薄膜时，薄膜条538落入所述组件的薄膜条收集部508内的收集托盘或收集装置540。收集托盘可沿三轴框架542移动，从而当薄膜条落入托盘时，以堆积薄膜条。
在这个组件中，多个托盘，作为优选的收集装置，可沿同一个三轴框架使用来增加收集到这些托盘内的薄膜条的面积。这些托盘也可具有旋转特性，内部托盘可沿容纳平台旋转来增加薄膜条538的堆积面积。换句话说，这些托盘可以有两个线性自由度和一个旋转自由度。使用的托盘的数量及尺寸类型可根据薄膜卷的尺寸，需要切割的条的尺寸和数量以及是否薄膜上的已打印的材料是敏感的并且不能进行堆积或只能有限制地进行堆积来决定。整个薄膜打印组件可通过无菌级通气过滤器544保持在环境压力。在打印过程完成并且薄膜条538放置在收集托盘540后，这些托盘可通过转移舱口546移除。如果需要保持无菌，可将未示出的无菌转移袋贴附到转移舱口546上。
图12示出具有多段式瓦片打印平台和薄膜分发器的来形成多个打印过滤装置的一次性三维打印机的一个实施方式。
本实施方式示出包含薄膜分发器的伽玛辐照过滤装置打印组件650，该薄膜分发器具有通过销子(未示出)悬挂的薄膜卷652，并且只占用打印组件水平空间的一部分。来自薄膜卷652的薄膜通过磁性辊组件654分配，磁性辊组件654与具有磁性头(未示出)的外部电机配合，通过过滤装置打印组件650驱动薄膜移动。外部电机的速度控制磁性辊组件654移动的速度以及从卷652上分配薄膜的速度。在分配薄膜时，被动辊656、658、和660的组件保持薄膜平直拉紧。这些被动辊656、658、和660现在可穿过过滤装置打印组件650，以保持薄膜拉紧且处于直线轨迹。
来自薄膜卷652的薄膜片输出并进入夹持器670，在夹持器670内，切割模具662利用来自外装活塞666的内部轴664的力向下压来切断薄膜。这形成模切薄膜图形674，模切薄膜外形674通过夹持器670落下并且通过导杆672保持放置。将模切薄膜674导入部分成型过滤装置676，通过三维打印头700将塑料材料层层叠加打印到模切薄膜674，优选地，该塑料材料是利用加热的挤压头由聚丙烯制成的材料，但也可由聚乳酸或聚乳酸交酯(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、或可作为卷材702送入打印头700，可加热并挤压在打印平台上的其他可打印材料制成。部分成型过滤装置676能包括允许流体通过的开口、形成过滤装置主体的材料、配合模切薄膜674的腔、以及辅助悬伸结构比如桥梁建造的结构材料。在模切前或在过滤装置完工前，来自于生物反应器的生物材料，包括蛋白质、超滤材料、或其他材料，可利用单独的打印头喷射沉积到薄膜上。
模切薄膜674放置到部分成型过滤装置676的腔后，利用磁性辊组件710和712移动多段式打印平台708的单瓦片704，磁性辊组件710和712与具有多个磁性头(未示出)的外部电机配合，通过一系列旋转螺钉驱动单瓦片704逐步移动穿过模仿滑动瓦片拼图的过滤装置打印组件650。多段式打印平台708有空的空间来允许所有的单瓦片704移动到打印平台的所有可能的位置。单瓦片704，包括含有模切薄膜674的部分成型过滤装置676，逐步移动到打印头700，打印头700占用薄膜分配组件未占用的水平空间的一部分。然后，打印头700围绕部分成型过滤装置676的边缘挤压材料来密封模切薄膜674。打印头700然后通过层层叠加打印过滤装置的剩余部分，以形成包含密封薄膜层的完整的过滤装置678。完整的过滤装置专用打印平台瓦片逐步移入完整的过滤装置箱体690。刚性刀片682切断完整的过滤装置680的底部，将完整的过滤装置680的底部从打印平台磁瓦中移除。已打印的结构元件，例如木筏，来舒缓移除完整的过滤装置680的过程，完整的过滤装置680同打印平台的剩余部分存在干净的间隔来减少切割/移除过程中任何潜在的缺陷。在铰链684上的可移动导轨可推动完整的过滤装置进入完整的过滤装置箱体690。该导轨可沿导轨槽686行走并且推动完整的过滤装置688穿过箱体690。可通过磁性电机组件或可插入的轴电机(未示出)外部控制所述可移动导轨。
模切后薄膜卷的废弃构件可卷入薄膜垃圾箱692，可收集剩余薄膜694并在打印过程完成后，促进简单处理。整个薄膜打印组件可通过杀菌级通气过滤器保持在环境压力下。打印过程完成后，如果需要保持无菌，位于容纳箱690内的完整的过滤装置688可通过转移舱口716进行无菌转移。
图13示出将打印头插入所述无菌三维组件本体的连接步骤的一个实施方式。
视图‘A’是有刚性壁或柔性壁的伽玛辐照三维打印机组件本体550的一个实施方式的侧视图，伽玛辐照三维打印机组件本体550包含打印头插入组件548，打印头插入组件548包含盖组件552，盖组件552在具有内部汲取管554的三维打印机组件内。打印头插入组件548的外部包含可拆卸的盖560、流体进口556、以及流体出口558。
视图‘B’是从打印头插入组件548移除可拆卸盖560’和插入所述组件的电子控制打印头562的侧视图。
视图‘C’是电子控制打印头562插入打印头插入组件548以及扭转一位置到位564的侧视图。
视图‘D’是打印头插入组件548的侧视图，在打印头插入组件548，管件566插入流体进口556，用于杀菌电子控制打印头的内段的化学杀菌剂或消毒剂568填充在盖组件552。化学杀菌剂或消毒剂568能包括液体，例如30％过氧化氢，或能包括气体杀菌剂比如汽化过氧化氢或环氧乙烷。
视图‘E’是打印头插入组件548的侧视图，在打印头插入组件548中，管件570插入流体出口558，所述打印头杀菌完成一段时间后，将化学杀菌剂或消毒剂在真空气压下移除。内部汲取管554能用于移除化学杀菌剂或消毒剂或气体化学杀菌剂的冷凝液。
视图‘F’是打印头插入组件的侧视图，在打印头插入组件中，打印头扭转到第二位置572，在该第二位置，盖组件552’落入三维打印机组件本体内。倾斜三维打印机组件直到盖组件552’落到位，从而将盖组件552’手动移动到三维打印机组件本体内的容纳箱。已杀菌的打印头562在三维打印组件内准备打印。
图14示出柔性壁三维打印机从包装运输配置开始的安装过程的一个实施方式。
视图‘A’是具有柔性壁的伽玛辐照三维打印机组件600的一个实施方式的侧视图，伽玛辐照三维打印机组件600在装运配置时被叠平。整个组件可包在多个伽玛辐照袋内，以确保这些袋在接收设施到结束使用设施中移动时的无菌性。装运配置由完全放气的气袋或致动器和/或在最低位置的磁性驱动器组成。在三维打印机组件600顶部的袋提手602和604可折叠起来。在装运时，打印头插入组件606停留在打印平台托盘内。杀菌级过滤器608安置在一侧并且用盖610盖上。将袋组件插入包含羊毛层的两板之间，利用袋完整性测试装置，优选地，赛多利斯自动化袋完整性测试单元，来测试袋密封的完整性，以确保使用前，没有裂缝存在。
视图‘B’是具有延伸手柄的伽玛辐照三维打印机组件600’的一个实施方式的侧视图，操作人员可向上拉手柄602’和604’。三维打印组件袋腔室可充有来自外部源(未示出)的已杀菌空气。操作人员向上拉动然后向下按压外部手柄602’和604’，从而可将形成三轴框架和内部支撑骨架的折叠的螺钉或轨道手动卡到位。打印头插入组件606由内部横梁支架支撑，操作人员也可将内部横梁支架卡入到位。支撑骨架放置到位后，可移除通风空气过滤器608上的盖610，以确保与外界通风后，柔性壁不会塌陷。
视图‘C’是构成三轴框架的螺纹螺钉组件620的一个实施方式的侧视图，在三轴框架内，打印平台精确地移动。螺纹螺钉组件620在折叠装运配置，在螺纹螺钉组件620，第一螺纹螺钉段622由第二螺纹螺钉段624分开，第二螺纹螺钉段624由铰链626和内部锁定机构628分开。
视图‘D’是螺纹螺钉组件620’的一个实施方式的侧视图。操作人员将外部手柄拉回来打开袋从而利用铰链626将螺纹螺钉组件620’折回竖直位置。螺纹螺钉组件620’折回，处于第二螺纹螺钉段624’所在的竖直位置且与第一螺纹螺钉段622对齐。
视图‘E’是螺纹螺钉组件620”的一个实施方式的侧视图。在螺纹螺钉组件620”内，向下推动第二螺纹螺钉段624’与第一螺纹螺钉段622配合，在形成单螺纹螺钉体620”的同时，将铰链组件626和锁定机构覆盖。锁定机构628点击到位，以确保除非锁定机构分离，螺纹螺钉不会被拆掉。操作人员向下拉动外部手柄来锁定三轴框架用螺纹螺钉和/或形成三维打印机组件用内部支撑结构的其他内部支撑元件。
参考标记列表
1三维打印机
3打印机组件
5打印机壳
7刚性壁或柔性壁
12自动化完整性测试装置
14空气压力源
16出口连接
20通气过滤器
22歧管
24电子连接线路
26空气压力管线
28通气过滤器
30三轴框架
32打印平台或托盘
34转移舱口
36喷射沉积打印头
38挤压打印头
40加热挤压打印头
50囊
52囊口
54三维袋
56三维袋口
60三维袋组件(放气的)
62三维袋组件(充气的)
64粗糙分辨率袋(充气的)
66粗糙分辨率袋(充气的)
68精细分辨率袋(充气的)
70精细分辨率袋(充气的)
100打印机空间
102打印平台或托盘
104袋组件
106袋组件
108袋组件
110袋组件
120三维打印机组件
122袋组件
124打印平台或托盘
140气动致动器
142螺纹螺钉
144空气管线入口
146致动器
148内部螺钉
150压缩空气(进入)
152压缩空气(排出)
154前后方向
156外部电机
158轴
160外部联动装置
162外部磁铁
164壁
166内部磁铁
168内部联动装置
170内部螺纹螺钉
172螺纹螺钉的旋转
180三维打印机
182激光发射装置
184镜子/反射装置
186激光信号
188激光读取装置
190摄像机阵列
192可见目标
194可见目标
200一次性生物反应器
202无菌连接器
204深度过滤器
206预过滤器
208杀菌级过滤器
210无菌连接器
212阀门
214缓冲罐容器
216调节的压缩空气管线
218通气过滤器
220无菌连接器
222打印头组件
224打印平台或托盘
226三维打印物体
228通气过滤器
230三维打印机组件
232转移舱口
234无菌转移袋
236无菌连接件
250一次性生物反应器
252无菌连接器
254预过滤器
256杀菌级过滤器
258无菌连接器
260阀门
262缓冲罐容器
264调节的压缩空气管线
266通气过滤器
268管
270无菌连接器
280一次性生物反应器
282无菌连接器
284预过滤器
286杀菌级过滤器
288无菌连接器
290阀门
292缓冲罐容器
294调节的压缩空气管线
296通气过滤器
298无菌连接器
300三维打印机组件
302打印头组件
304打印平台或托盘
306三维打印物体
308通气过滤器
310转移舱口
320一次性生物反应器
322无菌连接器
324深度过滤器
326预过滤器
328杀菌级过滤器
330无菌连接器
332调节的压缩空气管线
334通气过滤器
336阀门
338缓冲罐容器
340横向流组件
342微滤盒
344超滤盒
346无菌连接器
348阀门
350缓冲罐容器
352调节的压缩空气管线
354通气过滤器
356无菌连接器
358打印头组件
360三维打印机组件
362打印平台或托盘
364三维打印物体
366转移舱口
370一次性生物反应器
372无菌连接器
374连续流离心机
376预过滤器
378杀菌级过滤器
380无菌连接器
382阀门
384缓冲罐容器
386调节的压缩空气管线
388通气过滤器
390薄膜吸收器
392横向流组件
394无菌连接器
396阀门
398缓冲罐容器
400三维打印机组件
402打印头组件
404打印平台或托盘
406三维打印物体
408转移舱口
410调节的压缩空气管线
412通气过滤器
414无菌连接器
500薄膜打印组件
502薄膜分配和打印段
504薄膜干燥部
506薄膜切割部
508薄膜条收集部
510薄膜卷
512磁性辊组件
514被动辊
516管
518打印头
520分配流体
522壁
524通气过滤器
526扩散器块
528加热的/冷却的空气
530壁
532顶夹具
534底夹具
536刀切割组件
538薄膜条
540收集托盘或收集装置
542三轴框架
544通气过滤器
546转移舱口
548打印头插入组件
550三维打印机组件本体
552盖组件
554内部汲取管
556流体进口
558流体出口
560可拆卸盖
562电子控制打印头
564扭转一位置
566管件
568化学杀菌剂/消毒剂
570管件
572扭转第二位置
600三维打印机组件
602袋提手
604袋提手
606打印头插入组件
608通气过滤器
610通气过滤器盖
620螺纹螺钉组件
622第一螺纹螺钉段
624第二螺纹螺钉段
626铰链
628锁定机构
650过滤装置打印组件
652薄膜卷
654磁性辊组件
656被动辊
658被动辊
660被动辊
662薄膜切割模具
664内轴
666外装活塞
670薄膜夹持器
672导辊
674模切薄膜
676部分成型的过滤装置
678完整的过滤装置
680完整的过滤装置
682刚性刀片
684铰链上的移动导轨
686导向槽
688完整的过滤装置
690完整的过滤装置箱体
692薄膜垃圾箱
694废弃薄膜
700打印头
702卷绕的打印材料
704单瓦片
706空的空间
708多段式打印平台
710磁性辊组件
712磁性辊组件
714杀菌级通气过滤器
716转移舱口

Claims (52)

1.一种三维打印装置，包括：
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在所述至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个。
2.根据权利要求1所述的三维打印机，其中，所述无菌连接器包括一次性无菌连接器，无菌式连接和无菌式流体转移能发生在至少两个相连的互补的无菌连接器之间；或者包括能以无菌方式热连接到互补的热塑管的热塑管。
3.根据权利要求1或2所述的三维打印机，其中，所述打印机壳的内体积通过通气过滤器与外部流体连接。
4.根据权利要求3所述的三维打印机，其中，所述通气过滤器是杀菌级通气过滤器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述至少一个打印头处于固定位置，并且所述打印平台能沿二自由度或三自由度移动。
6.根据权利要求5所述的三维打印机，其中，所述自由度是彼此正交的线性轴。
7.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述至少一个打印头处于固定位置，并且所述打印平台能沿三轴框架移动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述打印平台利用气动致动器或磁性致动器沿三轴框架移动。
9.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括至少一个袋或囊，通过向所述至少一个袋或囊内提供流体压力，能使所述至少一个袋或囊在至少一个方向上伸展。
10.根据权利要求9所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括粗糙袋和精细袋，其中，当填充有相同体积的流体时，所述粗糙袋在至少一个方向上比所述精细袋更具伸展性。
11.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述气动致动器包括至少一台流体致动电机，所述至少一台流体致动电机沿轨道或螺纹螺钉移动来沿对应轴定位所述打印平台。
12.根据权利要求8所述的三维打印机，其中，所述磁性致动器包括至少一台磁性驱动机构，所述磁性驱动机构通过互补的外部磁性驱动机构能旋转或线性移动。
13.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机进一步包括位置跟踪系统，所述位置跟踪系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至少一个打印头的位置。
14.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述位置跟踪系统能用于自动修正所述打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。
15.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述跟踪系统能包括激光跟踪系统，所述激光跟踪系统包括设置在所述三维打印机组件外部的外部激光源、在所述打印平台的至少一部分上的镜子或反射材料、探测反射激光发射的时间与角度的激光探测装置、以及计算并报告所述打印平台相对于所述至少一个打印头的坐标的计算系统。
16.根据权利要求13所述的三维打印机，其中，所述跟踪装置包括在所述三维打印机组件外部的多台摄像机、在所述打印平台的至少一部分上的可见目标材料、以及计算并报告所述打印平台相对于所述至少一个打印头的坐标的计算系统。
17.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机包括转移舱口，所述转移舱口适合移除包含三维打印物体的所述打印平台。
18.根据权利要求17所述的三维打印机，其中，所述转移舱口无菌连接到无菌式转移系统上，允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物体转移时保持无菌性。
19.根据权利要求18所述的三维打印机，其中，所述无菌式转移系统包括无菌式转移袋，允许包含三维打印物体的所述打印平台在打印物体转移时保持无菌性。
20.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于分配一卷薄膜或几张薄膜的薄膜分发器，在所述薄膜上能借助于所述打印组件进行打印。
21.根据权利要求20所述的三维打印机，其中，所述薄膜分发器是气动地驱动的或磁性地驱动的。
22.根据权利要求20或21所述的三维打印机，进一步包括用于将所述一卷薄膜或几张薄膜切为条、段、图形、或片的薄膜切割器。
23.根据权利要求22所述的三维打印机，其中，所述薄膜切割器被动利用薄膜卷的分配，以利用多个静刀片将所述薄膜切割为条。
24.根据权利要求22所述的三维打印机，其中，所述薄膜切割器主动利用多个刀片的机械移动来切割所述薄膜，其中，所述刀片由气动致动器或外部磁性驱动机构驱动。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的三维打印机，所述三维打印机进一步包括用于收集从所述薄膜切割下来的条、段、图形、或片的收集装置。
26.根据权利要求25所述的三维打印机，其中，所述收集装置能沿所述三轴框架移动。
27.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于干燥三维打印物体的干燥装置。
28.根据权利要求27所述的三维打印机，其中，所述干燥装置包括干燥空气通孔，所述干燥空气通孔用于从外部空气供应装置提供空气。
29.根据权利要求28所述的三维打印机，其中，所述干燥空气通孔包括杀菌级通气过滤器。
30.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述打印机壳的至少一部分形成为隔热件。
31.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于保持所述打印机壳内恒温的温度调节装置。
32.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，所述打印平台形成为能填充液体的打印托盘，优选地营养丰富的液体，以在打印过程中为活细胞提供生长环境。
33.根据权利要求32所述的三维打印机，其中，在所述打印托盘内的所述液体进行再循环、过滤除碎片、以及补充新的营养丰富液体。
34.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，其中，通过所述打印平台或至少一个打印头能提供电荷。
35.根据前述权利要求中任一项所述的三维打印机，进一步包括用于水平调平所述打印平台的调平装置。
36.根据权利要求35所述的三维打印机，其中，所述调平装置能用于自动修正所述打印平台和使用中的所述打印头之间的距离。
37.一种打印系统，具有
三维打印装置，包括：
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在所述至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个；
控制装置，包括：
-互补的驱动机构，适合驱动所述三维打印装置的所述驱动机构中对应的一个；
-至少一个无菌打印材料容器，流体连接所述至少一个无菌连接器中对应的一个；
-控制器，借助于所述互补驱动机构来控制所述至少一个打印头的移动，并且借助于所述至少一个打印头来控制所述打印材料的喷射。
38.根据权利要求37所述的打印系统，其中，用于移动所述至少一个打印头的所述互补驱动机构包括互补磁性致动器。
39.根据权利要求38所述的打印系统，其中，所述互补磁性致动器包括外部电机，所述外部电机驱动贴附有多块磁铁的轴。
40.根据权利要求37所述的打印系统，其中，用于移动所述至少一个打印头的所述互补驱动机构包括可控气动源。
41.根据权利要求40所述的打印系统，其中，所述可控气动源是自动化完整性测试装置。
42.根据权利要求40或41所述的打印系统，其中，单一的可控气动源连接到气动歧管或气动复用器，以将多个互补驱动机构中的单个互补驱动机构依次流体连接到所述可控气动源。
43.根据权利要求37至42中任一项所述的打印系统，进一步包括位置跟踪系统，所述位置跟踪系统能确定所述打印平台沿三自由度的每个自由度相对于所述至少一个打印头的位置。
44.根据权利要求43所述的打印系统，其中，所述位置跟踪系统连接到所述控制器，以修正所述打印平台的位置到所述打印材料通过所述至少一个打印头沉积需要的预定坐标。
45.根据权利要求37至44中任一项所述的打印系统，其中，所述三维打印机进一步包括薄膜切割器，所述薄膜切割器在所述控制器控制的气动致动器或外部磁性驱动机构的驱动下将一卷薄膜或几张薄膜切为条、段、图形、或片。
46.根据权利要求37至45中任一项所述的打印系统，其中，所述三维打印机进一步包括用于干燥三维打印物体的干燥装置，其中，所述干燥装置包括位于所述打印机壳外的空气供应装置，所述空气供应装置通过所述打印机壳上的通孔向所述打印平台提供空气。
47.根据权利要求37至46中任一项所述的打印系统，其中，所述至少一个无菌连接器流体连接到进料源或处理源，所述进料源或处理源包括生物反应器、发酵器、过滤队列、横向流组件、薄膜吸收器、立柱、离心分离仪、连续离心分离仪、培养箱或其他生物处理组件中的至少一个。
48.根据权利要求37至47中任一项所述的打印系统，其中，所述三维打印机进一步能通过可打印材料层层叠加制造围绕切割薄膜形成过滤装置。
49.优选地根据权利要求37至48中任一项所述的打印系统，其中，多段式打印平台能作为单瓦片在三维打印机内沿三轴门架移动。
50.根据权利要求49所述的打印系统，其中，所述单瓦片部分能在多个打印头、薄膜分发器、CNC切割工装、或用于形成三维物体的其他特征之间移动。
51.一种打印方法，包括以下步骤：
+提供三维打印装置，包括
-可杀菌的打印机组件，包括
--至少一个打印头，
--打印平台，以及
--驱动机构，适合沿二自由度或三自由度在所述至少一个打印头与所述打印平台之间实现相对位移；
-打印机壳，以无菌方式封装所述打印机组件，
-至少一个无菌连接器，流体连接到所述至少一个打印头中对应的一个；
+将至少一个无菌打印材料容器流体连接所述至少一个无菌连接器中对应的一个；
+借助于耦合到所述驱动机构的互补驱动机构，移动所述至少一个打印头，以及
+借助于将打印材料打印到所述打印平台上或打印到位于所述打印平台上的物体上的所述至少一个打印头，在无菌条件下喷射所述打印材料。
52.一种根据权利要求51所述的打印方法，包括给所述打印机组件杀菌的步骤。
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