CN105922596A - 多轴机器人的多喷头生物3d打印设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备及使用方法，3D打印设备包括：基座、多轴机器人运动模组、喷头座、喷头架和多个能实现不同功能的喷头单元，多轴机器人运动模组设置在基座上；喷头座与多轴机器人运动模组相连接；喷头架设置在基座上；多个喷头单元设置在喷头架上，且每一喷头单元中能够盛装生物细胞或材料；其中，喷头座能够抓取任一喷头单元，且多轴机器人运动模组能够使喷头座抓取的喷头单元以任意角度接近所需打印的任意曲面，本方案能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的三维打印，解决了现有技术中细胞三维打印技术只能满足在基准平面上的三维打印，不能实现在复杂基准面上的三维打印的问题。

Description

多轴机器人的多喷头生物3D打印设备及使用方法

技术领域

本发明属于快速成型设备技术领域，涉及生物制造技术及生物三维打印技术，尤其是涉及一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备及使用方法。

背景技术

生物3D{3D printing(3DP)三维打印}打印设备，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用生物细胞或生物构造块，通过“按需打印”一层层的生物细胞或生物构造块来制造真正的活体组织或人体活器官的设备。

现有的细胞三维受控组装是在组织器官的解剖学数字模型直接驱动下，定位装配活细胞/材料单元，制造组织或器官前体的新技术，为体外构建复杂组织器官提供了全新的可能。器官是由不同细胞组成并具有复杂微观结构的三维结构体，因此多细胞组装技术成为发展细胞组装技术的关键。为实现复杂的组织结构的组装需求,需要引入多喷头切换系统。

由于细胞打印工艺的限制，目前的细胞三维打印技术大多基于三轴运动组件搭建，这只能满足在基准平面上的三维打印，不能实现在复杂基准面上的三维打印，如在人体皮肤上的三维打印就是传统打印方式难以实现的。

因此，本申请发明人发现如何提供一种多轴机器人的三维打印设备，已能够解决在任意方向的不同曲面上进行三维打印，为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备。

本发明的另一个目的在于提供一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法，以解决能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的技术问题。

本发明第一方面的实施例提供一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，包括：

基座；

多轴机器人运动模组，所述多轴机器人运动模组设置在所述基座上；

喷头座，所述喷头座与所述多轴机器人运动模组相连接；

喷头架，所述喷头架设置在所述基座上；和

多个能实现不同功能的喷头单元，多个所述喷头单元设置在所述喷头架上，且每一所述喷头单元中能够盛装生物细胞或材料；

其中，所述喷头座能够抓取任一所述喷头单元，且所述多轴机器人运动模组能够使所述喷头座抓取的喷头单元以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现所述喷头座抓取的喷头单元能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料。

在上述技术方案中，进一步的，所述基座的底部设置有移动装置；

所述移动装置能够使所述基座在支撑面上移动，并能够将所述基座固定在所述支撑面上。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述喷头座包括抓取装置和供气装置；

所述抓取装置能够用于将每一所述喷头单元与所述喷头座匹配安装或分离拆卸；

所述供气装置，所述供气装置能够向每一所述喷头单元供气。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述抓取装置包括:

第一抓取机构，所述第一抓取机构设置在所述喷头座上；

第二抓取机构，所述第二抓取机构分别设置在每一所述喷头单元上；

使用时，所述第一抓取机构能够与所述第二抓取机构压紧装配，以使所述喷头单元能够与所述喷头座匹配安装；

或，所述第一抓取机构能够与所述第二抓取机构解锁松开，以使所述喷头单元能够与所述喷头座分离拆卸。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述供气装置包括：

供气驱动器，所述供气驱动器固定在所述喷头座上；

压紧机构，所述压紧机构与所述供气驱动器连接；所述压紧机构临近所述喷头单元的一端设有多个气源对接口；

气源接头管，所述气源接头管与所述气源对接口匹配连通。

在上述任一技术方案中，进一步的，每一所述喷头单元分别设置有温控模块，所述温控模块能够控制与其相对应的所述喷头单元中存储生物细胞的温度。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述喷头单元的喷头为高温喷头、低温喷头或光固化喷头。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述喷头单元的喷头处设置有具有扫描摄像头的扫描组件。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述多轴机器人运动模组为六轴机器人运动模组。

本发明第二方面的实施例提供了一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法，包括：

步骤S1，将源自病人自生的细胞培养增值、分化后与特定的打印介质均匀混合，置于对应的喷头单元中等待打印；

步骤S2，将打印设备移动到患者附近，保证患者需要修补的缺损部位在打印设备的打印范围内，然后固定打印设备；

步骤S3，喷头座抓取一个用于外部轮廓三维扫描的喷头单元对患者皮肤缺损位置进行扫描，打印设备对扫描数据进行分析处理生成对应的打印路径；

步骤S4，在患者皮肤缺损位置进行打印。

进一步的，在步骤S4中，此处的打印可由多个喷头单元切换进行，在不同位置打印不同细胞，具体要视患者情况而定。

本发明提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备,多轴机器人运动模组设置在基座上，喷头座与多轴机器人运动模组相连接，喷头架设置在基座上，多个喷头单元设置在喷头架上，且每一喷头单元中能够盛装所需的生物细胞或材料，喷头座能够抓取任一喷头单元，且多轴机器人运动模组能够使喷头座抓取的喷头单元以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现喷头座抓取的喷头单元能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料，能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的三维打印，解决了现有技术中细胞三维打印技术只能满足在基准平面上的三维打印，不能实现在复杂基准面上的三维打印的问题，提高了产品的使用性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的主视图；

图2为图1所示的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的左视图；

图3为图1中所示喷头单元与喷头座分离拆卸状态的竖切面剖视结构示意图；

图4为图1中所示喷头单元与喷头座匹配安装状态的横切面剖视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法流程示意图。

附图标记：

1-基座； 2-多轴机器人运动模组；

11-移动装置； 3-喷头座；

31-抓取装置； 32-供气装置；

311-第一抓取机构； 312-第二抓取机构；

321-供气驱动器； 322-压紧机构；

3221-气源对接口； 323-气源接头管；

4-喷头架； 5-喷头单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的主视图；图2为图1所示的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的左视图；图3为图1中所示喷头单元与喷头座分离拆卸状态的竖切面剖视结构示意图；图4为图1中所示喷头单元与喷头座匹配安装状态的横切面剖视结构示意图；如图1-4所示，本发明第一方面的实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，包括：基座1、多轴机器人运动模组2、喷头座3、喷头架4和多个能实现不同功能的喷头单元5；

具体地，所述多轴机器人运动模组2设置在所述基座1上；

所述喷头座3与所述多轴机器人运动模组2相连接；

所述喷头架4设置在所述基座1上；和

多个所述喷头单元5设置在所述喷头架4上，且每一所述喷头单元5中能够盛装生物细胞或材料；

其中，所述喷头座3能够抓取任一所述喷头单元5，且所述多轴机器人运动模组2能够使所述喷头座3抓取的喷头单元5以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现所述喷头座3抓取的喷头单元5能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料。

本发明的实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备,多轴机器人运动模组2设置在基座1上，喷头座3与多轴机器人运动模组2相连接，喷头架4设置在基座1上，多个喷头单元5设置在喷头架4上，且每一喷头单元5中能够盛装所需的生物细胞或材料，喷头座3能够抓取任一喷头单元5，且多轴机器人运动模组2能够使喷头座3抓取的喷头单元5以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现喷头座3抓取的喷头单元5能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料，能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的三维打印，解决了现有技术中细胞三维打印技术只能满足在基准平面上的三维打印，不能实现在复杂基准面上的三维打印的问题，提高了产品的使用性能。

需要说明的是，多个能实现不同功能的喷头单元5是能够适配刀架和喷头座3的任意功能模块，可以是用于加热材料的高温喷头、用于降低温度的低温喷头、用于光敏性材料打印的光固化喷头，也可以是加装了扫描摄像头的三维扫描组件等。

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述基座1的底部设置有移动装置11；

所述移动装置11能够使所述基座1在支撑面上移动，并能够将所述基座1固定在所述支撑面上。

在该实施例中，移动装置11的设置使打印设备需要移动时能够移动基座1，从而使该打印设备进行移动，再移动到指定位置之后，并能够使整个打印设备稳定固定，防止打印时打印设备容易晃动，提高了产品的方便性和可靠性。

如图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述喷头座3包括抓取装置31和供气装置32；

所述抓取装置31能够用于将每一所述喷头单元5与所述喷头座3匹配安装或分离拆卸；

所述供气装置32，所述供气装置32能够向每一所述喷头单元5供气。

在该技术方案中，抓取装置31的设置使喷头单元5与喷头座3匹配安装或分离拆卸时的操作过程能够简单快速，提高了产品的操作效率，且使二者安装后更加牢固可靠；供气装置32的设置能够使气源流入喷头单元5内，以实现多路平顺供气。

进一步的，所述抓取装置31包括:第一抓取机构311和第二抓取机构312；

具体地，所述第一抓取机构311设置在所述喷头座3上；

所述第二抓取机构312分别设置在每一所述喷头单元5上；

使用时，所述第一抓取机构311能够与所述第二抓取机构312压紧装配，以使所述喷头单元5能够与所述喷头座3匹配安装；或，所述第一抓取机构311能够与所述第二抓取机构312解锁松开，以使所述喷头单元5能够与所述喷头座3分离拆卸。以保证喷头单元5与喷头座3的快速装配或拆卸，同时，在喷头单元5与喷头座3安装时更加牢固可靠。

进一步的，所述供气装置32包括：供气驱动器321、压紧机构322和气源接头管323；

具体地，所述供气驱动器321固定在所述喷头座3上；所述压紧机构322与所述供气驱动器321连接；所述压紧机构322临近所述喷头单元5的一端设有多个气源对接口3221；所述气源接头管323与所述气源对接口3221匹配连通。以保证供气装置32能够支持多路供气，同时，能够平顺供气。

进一步的，所述喷头座3上设有若干路I/O口，用于对所述喷头单元5的操控。

在本发明的一个实施例中，进一步的，每一所述喷头单元5分别设置有温控模块，所述温控模块能够控制与其相对应的所述喷头单元5中存储生物细胞的温度。

在该实施例中，温控模块的设置能够保证喷头单元5中的生物细胞的生存温度，提高了生物细胞在喷头单元5中的成活率，进而提高了产品的可靠性。

在本发明的一个实施例中，进一步的，所述喷头单元5的喷头为高温喷头、低温喷头或光固化喷头。

进一步的，所述喷头单元5的喷头处设置有具有扫描摄像头的扫描组件。

以使喷头单元5能够实现不同的功能，当然对于本领域的技术人员来说，喷头还可以采用其它功能的喷头，主要看打印所需的功能及材料。

在本发明的一个实施例中，进一步的，所述多轴机器人运动模组2为六轴机器人运动模组。

在该实施例中，多轴机器人运动模组2为六轴机器人运动模组，六轴机器人运动模组能够保证喷头座3上所抓取的喷头单元5能以任意角度接近所需的任意曲面，当然也可以选择其它的能够使喷头座3上所抓取的喷头单元5能以任意角度接近所需的任意曲面的多轴机器人，例如四轴机器人运动模组或五轴机器人模组等。

图5为本发明实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法流程示意图；如图5所示，本发明第二方面的实施例提供了一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法，包括：

步骤S1，将源自病人自生的细胞培养增值、分化后与特定的打印介质均匀混合，置于对应的喷头单元中等待打印；

步骤S2，将打印设备移动到患者附近，保证患者需要修补的缺损部位在打印设备的打印范围内，然后固定打印设备；

步骤S3，喷头座抓取一个用于外部轮廓三维扫描的喷头单元对患者皮肤缺损位置进行扫描，打印设备对扫描数据进行分析处理生成对应的打印路径；

步骤S4，在患者皮肤缺损位置进行打印。

进一步的，在步骤S4中，此处的打印可由多个喷头单元切换进行，在不同位置打印不同细胞，具体要视患者情况而定。

打印完成后培养细胞生成正常皮肤或对缺损伤口形成生物相容性良好的保护层。

综上所述，本发明的实施例提供的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备,多轴机器人运动模组设置在基座上，喷头座与多轴机器人运动模组相连接，喷头架设置在基座上，多个喷头单元设置在喷头架上，且每一喷头单元中能够盛装所需的生物细胞或材料，喷头座能够抓取任一喷头单元，且多轴机器人运动模组能够使喷头座抓取的喷头单元以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现喷头座抓取的喷头单元能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料，能够在复杂曲面上进行多种生物细胞受控组装的三维打印，解决了现有技术中细胞三维打印技术只能满足在基准平面上的三维打印，不能实现在复杂基准面上的三维打印的问题，提高了产品的使用性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，包括：

基座；

多轴机器人运动模组，所述多轴机器人运动模组设置在所述基座上；

喷头座，所述喷头座与所述多轴机器人运动模组相连接；

喷头架，所述喷头架设置在所述基座上；和

多个能实现不同功能的喷头单元，多个所述喷头单元设置在所述喷头架上，且每一所述喷头单元中能够盛装生物细胞或材料；

其中，所述喷头座能够抓取任一所述喷头单元，且所述多轴机器人运动模组能够使所述喷头座抓取的喷头单元以任意角度接近所需打印的任意曲面，以实现所述喷头座抓取的喷头单元能够在相应的曲面上打印出所需的生物细胞或材料。

2.根据权利要求1所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述基座的底部设置有移动装置；

所述移动装置能够使所述基座在支撑面上移动，并能够将所述基座固定在所述支撑面上。

3.根据权利要求1所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述喷头座包括抓取装置和供气装置；

所述抓取装置能够用于将每一所述喷头单元与所述喷头座匹配安装或分离拆卸；

所述供气装置，所述供气装置能够向每一所述喷头单元供气。

4.根据权利要求3所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述抓取装置包括:

第一抓取机构，所述第一抓取机构设置在所述喷头座上；

第二抓取机构，所述第二抓取机构分别设置在每一所述喷头单元上；

使用时，所述第一抓取机构能够与所述第二抓取机构压紧装配，以使所述喷头单元能够与所述喷头座匹配安装；

或，所述第一抓取机构能够与所述第二抓取机构解锁松开，以使所述喷头单元能够与所述喷头座分离拆卸。

5.根据权利要求3所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述供气装置包括：

供气驱动器，所述供气驱动器固定在所述喷头座上；

压紧机构，所述压紧机构与所述供气驱动器连接；所述压紧机构临近所述喷头单元的一端设有多个气源对接口；

气源接头管，所述气源接头管与所述气源对接口匹配连通。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

每一所述喷头单元分别设置有温控模块，所述温控模块能够控制与其相对应的所述喷头单元中存储生物细胞的温度。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述喷头单元的喷头为高温喷头、低温喷头或光固化喷头。

8.根据权利要求7所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述喷头单元的喷头处设置有具有扫描摄像头的扫描组件。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的多轴机器人的多喷头生物3D打印设备，其特征在于，

所述多轴机器人运动模组为六轴机器人运动模组。

10.一种多轴机器人的多喷头生物3D打印设备的使用方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将源自病人自生的细胞培养增值、分化后与特定的打印介质均匀混合，置于对应的喷头单元中等待打印；

步骤S2，将打印设备移动到患者附近，保证患者需要修补的缺损部位在打印设备的打印范围内，然后固定打印设备；

步骤S3，喷头座抓取一个用于外部轮廓三维扫描的喷头单元对患者皮肤缺损位置进行扫描，打印设备对扫描数据进行分析处理生成对应的打印路径；

步骤S4，在患者皮肤缺损位置进行打印。