CN106635745B - 生物3d打印喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物3D打印喷头，所述的打印喷头包括进料管和喷嘴，进料管和喷嘴之间设置有压电陶瓷管，进料管的下端和喷嘴的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈，夹持单元夹紧上、下橡胶垫圈使进料管、压电陶瓷管和喷嘴固定连接，压电陶瓷管与驱动电路相连，驱动电路驱动压电陶瓷管产生径向变形，驱使生物组织液从喷嘴中喷射出。压电陶瓷管作为打印喷头的一部分，其内腔直接与生物组织液接触，这样驱动电路驱动压电陶瓷管产生的径向变形，从而激发压力波直接作用于其内腔中的生物组织液，生物组织液受压喷射出来，实现生物3D打印，这种结构的打印喷头驱动效果明显，能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求。

Description

生物3D打印喷头
技术领域
本发明涉及生物3D打印技术领域，具体地说，涉及一种生物3D打印喷头。
背景技术
生物3D打印是以计算机三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品的3D打印技术。如同喷墨打印机的喷头喷出墨水一样，生物3D打印喷头里面是处理调制过的复合生物3D打印要求的带有生物细胞的载体。
现有技术中的生物3D打印喷头喷头，如图1所示，包括玻璃喷嘴1，包括玻璃喷嘴1的外壁上套设有压电陶瓷管2，以压电陶瓷管2作为驱动，当对其施加变化的电压时，压电陶瓷管2产生的机械变形挤压液体腔室，产生连续的压力波将生物组织液从喷嘴中喷射出来，但是生物组织液的黏度大、流动性差，而压电陶瓷管2的面积小，不能提供足够的压力迫使生物组织液从喷嘴中喷射出来，因此会有喷头堵塞的现象发生。所以如何使大黏度、高密度的生物制剂液体喷射顺畅、均匀，满足生物医学产品的要求成为业界的一大难题。
发明内容
本发明提供了一种能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求的生物3D打印喷头。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种生物3D打印喷头，所述的打印喷头包括进料管和喷嘴，进料管和喷嘴之间设置有压电陶瓷管，进料管的下端和喷嘴的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈，夹持单元夹紧上、下橡胶垫圈使进料管、压电陶瓷管和喷嘴固定连接，压电陶瓷管与驱动电路相连，驱动电路驱动压电陶瓷管产生径向变形，驱使生物组织液从喷嘴中喷射出。所述的压电陶瓷管的管腔内固定设置有的阻波体，阻波体整体呈子弹状，圆锥状的头部向上设置，头部向下圆滑延伸行成圆形底部，进料管、喷嘴、压电陶瓷管和阻波体同轴布置。
进一步，上、下橡胶垫圈内与进料管、喷嘴接触的部位均嵌设有刚性垫圈。
进一步，进料管的下端面与上橡胶垫圈的下端面齐平，喷嘴的上端面与下橡胶垫圈的上端面齐平。
进一步，压电陶瓷管的内腔与刚性垫圈、喷嘴的连接处设置有圆滑过渡部，圆滑过渡部引导生物组织液平滑地进入喷嘴。
进一步，喷嘴包括直管段和直管段下端的锥形引导段，锥形引导段的内径为100～200μm。
进一步，阻波体底部端面上设置有锯齿状的凹凸部。
与现有技术相比，压电陶瓷管作为打印喷头的一部分，其内腔直接与生物组织液接触，这样驱动电路驱动压电陶瓷管产生的径向变形，从而激发压力波直接作用于其内腔中的生物组织液，生物组织液受压喷射出来，实现生物3D打印，这种结构的打印喷头驱动效果明显，能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求。
附图说明
图1为现有技术中打印喷头的结构示意图；
图2为打印喷头的剖视图；
图3为阻波体的结构示意图；
图4为本发明内腔中压力波的传导示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种生物3D打印喷头，所述的打印喷头包括进料管10和喷嘴20，进料管10和喷嘴20之间设置有压电陶瓷管30，进料管10的下端和喷嘴20的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈51、52，夹持单元60夹紧上、下橡胶垫圈51、52使进料管10、压电陶瓷管30和喷嘴20固定连接，压电陶瓷管30与驱动电路相连，驱动电路驱动压电陶瓷管30产生径向变形，驱使生物组织液从喷嘴20中喷射出。压电陶瓷管30作为打印喷头的一部分，其内腔直接与生物组织液接触，这样驱动电路驱动压电陶瓷管30产生的径向变形，从而激发压力波直接作用于其内腔中的生物组织液，生物组织液受压喷射出来，实现生物3D打印，这种结构的打印喷头驱动效果明显，能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求。
上、下橡胶垫圈51、52内与进料管10、喷嘴20接触的部位均嵌设有刚性垫圈53。通过刚性垫圈53结合上、下橡胶垫圈51、52的方式实现了可靠连接，避免漏液，同时压电陶瓷管30的收缩和扩张作用尽量作用于刚性垫圈53的表面，而不作用于上、下橡胶垫圈51、52的柔性体表面，避免了对压力波的吸收。
为了保证进料管10、压电陶瓷管30和喷嘴20的可靠连接，进料管10的下端面与上橡胶垫圈51的下端面齐平，喷嘴20的上端面与下橡胶垫圈52的上端面齐平。
生物组织液在压电陶瓷管30的内腔内可能会产生堆积，压电陶瓷管30的内腔与刚性垫圈53、喷嘴20的连接处设置有圆滑过渡部31，圆滑过渡部31引导生物组织液平滑地进入喷嘴20。圆滑过渡部31使生物组织液可以依靠压力和自身的重力顺畅地通过喷嘴20喷出。
喷嘴20包括直管段21和直管段21下端的锥形引导段22，锥形引导段22的内径为100～200μm。一般动物细胞的直径为30～50μm，为了保证打印喷头在不受驱动时，生物组织液在粘滞力的作用下不会流出，而受到驱动时，生物组织液的流出不受阻碍，将锥形引导段22的内径设计在100～200μm。
进一步，参阅图4所示，所述的压电陶瓷管30的管腔内固定设置有的阻波体40，阻波体40整体呈子弹状，圆锥状的头部向上设置，头部向下圆滑延伸行成圆形底部，进料管10、喷嘴20、压电陶瓷管30和阻波体40同轴布置。在压电陶瓷管30受到的电压增大时，会发生向外的变形，其内腔中的生物组织液体积增大，即产生了负压，负的压力会以波的形式从压电陶瓷管30的中间向上下两侧传播，并在末端出现反射现象；诸多研究表明，经进料管10反射得到正压力波，经喷嘴20反射得到负压力波。而阻波体40的下端起到阻挡负压力波向上传输的作用。控制输入电压，压电陶瓷管30受到的电压变小，则会产生收缩，内部的生物组织液体积变小，产生的正压和经进料管10反射的正压力波叠加，一同向喷嘴端传播，达到末端后，生物组织液从喷嘴20喷出。需要说明的是，与阻波体40圆形底部不同，阻波体40圆锥状的头部向上设置，对正压力波向下方传递的影响作用小。
为了更好地吸收经喷嘴20反射的负压力波，如图3所示，阻波体40底部端面上设置有锯齿状的凹凸部41。

Claims (6)

1.一种生物3D打印喷头，所述的打印喷头包括进料管(10)和喷嘴(20)，其特征在于：进料管(10)和喷嘴(20)之间设置有压电陶瓷管(30)，进料管(10)的下端和喷嘴(20)的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈(51、52)，夹持单元(60)夹紧上、下橡胶垫圈(51、52)使进料管(10)、压电陶瓷管(30)和喷嘴(20)固定连接，压电陶瓷管(30)与驱动电路相连，驱动电路驱动压电陶瓷管(30)产生径向变形，驱使生物组织液从喷嘴(20)中喷射出，
所述的压电陶瓷管(30)的管腔内固定设置有的阻波体(40)，阻波体(40)整体呈子弹状，圆锥状的头部向上设置，头部向下圆滑延伸行成圆形底部，进料管(10)、喷嘴(20)、压电陶瓷管(30)和阻波体(40)同轴布置。
2.根据权利要求1所述的生物3D打印喷头，其特征在于：上、下橡胶垫圈(51、52)内与进料管(10)、喷嘴(20)接触的部位均嵌设有刚性垫圈(53)。
3.根据权利要求2所述的生物3D打印喷头，其特征在于：进料管(10)的下端面与上橡胶垫圈(51)的下端面齐平，喷嘴(20)的上端面与下橡胶垫圈(52)的上端面齐平。
4.根据权利要求3所述的生物3D打印喷头，其特征在于：压电陶瓷管(30)的内腔与刚性垫圈(53)、喷嘴(20)的连接处设置有圆滑过渡部(31)，圆滑过渡部(31)引导生物组织液平滑地进入喷嘴(20)。
5.根据权利要求4所述的生物3D打印喷头，其特征在于：喷嘴(20)包括直管段(21)和直管段(21)下端的锥形引导段(22)，锥形引导段(22)的内径为100～200μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的生物3D打印喷头，其特征在于：阻波体(40)底部端面上设置有锯齿状的凹凸部(41)。
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