CN106867902A - 模块化便携式生物3d打印机 - Google Patents

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曾常睿
张斌
匡文正
杨华勇
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Zhejiang University ZJU
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

本发明公开了一种模块化便携式生物3D打印机。包括基座、支撑结构、用于扫描识别的扫描模块、用于3D打印的打印模块，基础运动模块以及基站模块；所述的基座上设置有方孔；所述方孔用于安装支撑结构的支撑脚；所述的支撑结构上设置有基础运动模块，所述的基础运动模块设有插槽，所述的扫描模块和打印模块上设有与所述插槽配合的统一插头；基站模块控制扫描模块、打印模块和基础运动模块的工作。通过将生物3D打印机打印过程的高度抽象与功能抽离，将不同的功能设计成不同的模块，每个模块只负责一项工作，大大提高了打印机的空间利用率，缩小了打印机的体积，为便携式生物3D打印机设计提供了一种思路。

Description

模块化便携式生物3D打印机
技术领域
本发明属生物3D打印技术领域，具体涉及一种模块化的生物3D打印机。
背景技术
生物3D打印机的主要作用在于对人体伤口部位进行生物材质的3D打印工作，利用培养出的患者自身细胞与生物材料，共同逐层堆积制造，打印出人工皮肤。
目前国内外较为先进的皮肤3D打印研究机构大多为台式3D打印机，为保证较高的精度而体积重量大，不具有便携性，例如现有的韩国浦项科技大学多喷头组织/器官制造系统(MtoBS)、美国爱荷华大学的多臂生物打印机(MABP)系统、Novogen MMX生物打印机等，其精度虽然较高，但是体积庞大，无法实现便携，虽然原位生物打印机能够满足受损现场进行皮肤辅助治疗，但是仍然无法满足便携与可拆卸装载的要求。而且通常情况下，由于3D打印机本身体积较大，对于更换喷头的需求不大，所以目前还没有集扫描识别、材料打印与模块更换的生物3D打印机出现。
但是如果考虑将3D打印机体积缩小，为了提高空间利用率，无法为多种功能分别设计不同的运动平台、功能模块，所以必须要有一种机制可以让多种功能模块共用一个运动平台。基于以上要求，一台能够在保证稳定性、精度要求、高效的情况下实现便携化、模块化、可拆卸、易拼装的生物3D皮肤打印机显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种模块化便携式生物3D打印机，提高了打印机空间利用率，缩小打印机体积，降低打印机成本。
本发明的模块化便携式生物3D打印机包括基座、支撑结构、用于扫描识别的扫描模块、用于3D打印的打印模块，基础运动模块以及基站模块；所述的基座上设置有方孔；所述方孔用于安装支撑结构的支撑脚；所述的支撑结构上设置有基础运动模块，所述的基础运动模块设有插槽，所述的扫描模块和打印模块上设有与所述插槽配合的统一插头；基站模块控制扫描模块、打印模块和基础运动模块的工作。
所述的扫描模块包括摄像头和扫描模块外壳，所述的扫描模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的摄像头固定在扫描模块外壳上，并与插头相连。
所述的打印模块包括打印模块外壳、打印喷头、供料装置；所述的打印模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的打印喷头与供料装置固定在打印模块外壳内，打印喷头伸出打印模块外壳。
所述的基础运动模块包括两根X轴导轨、一根Y轴导轨、一根Z轴导轨；Y轴导轨两端分别安装在两根X轴导轨上，两根X轴导轨同步移动带动Y轴导轨在X方向移动；Z轴导轨安装在Y轴导轨上，Z轴导轨上设有滑块，所述的滑块上设有所述的插槽。
所述的基站模块为小型计算机，可以采用智能手机作为主机，也可以采用类似树莓派、Arduino等嵌入式设备作为主机。
本发明与传统的生物3D打印机相比，不需要为不同的功能组件设计不同的运动平台或者运动方式，具有以下有益效果：
1、多种模块都可以接入基座，更换简单方便。
2、生产新型模块只需按照标准生产并提供配套控制程序即可，生产效率高。
3、不需要为不同功能组件做额外的辅助配件，节省了大量空间。
4、不同模块都依赖运动模块来移动，减少设计上的复杂性。
附图说明
图1为本发明的模块化便携式生物3D打印机的结构示意图；
图2是本发明的扫描模块的结构示意图；
图3是本发明的打印模块的结构示意图；
其中，基座1、扫描模块2、打印模块3、基础运动模块4、基站模块5、支撑结构6、方孔7、X轴导轨8、Y轴导轨9、Z轴导轨10、滑块11。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的模块化便携式生物3D打印机包括基座1、支撑结构6、用于扫描识别的扫描模块2、用于3D打印的打印模块3，基础运动模块4以及基站模块5；所述的基座上设置有方孔7；所述方孔7用于安装支撑结构的支撑脚；所述的支撑结构上设置有基础运动模块4，所述的基础运动模块4设有插槽，所述的扫描模块2和打印模块3上设有与所述插槽配合的统一插头；基站模块5控制扫描模块2、打印模块3和基础运动模块4的工作。
所述的扫描模块包括摄像头和扫描模块外壳，所述的扫描模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的摄像头固定在扫描模块外壳上，并与插头相连。
所述的打印模块3包括打印模块外壳、打印喷头、供料装置；所述的打印模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的打印喷头与供料装置固定在打印模块外壳内，打印喷头伸出打印模块外壳。
所述的基础运动模块4包括两根X轴导轨8、一根Y轴导轨9、一根Z轴导轨10；Y轴导轨9两端分别安装在两根X轴导轨8上，两根X轴导轨8同步移动带动Y轴导轨9在X方向移动；Z轴导轨10安装在Y轴导轨9上，Z轴导轨10上设有滑块11，所述的滑块11上设有所述的插槽。
本发明的工作原理：
1.将基础运动模块4与基站模块5安装在基座1上，基站模块5与基础运动模块4开始通信；其中基础运动模块4通过支撑结构6安装在基座1的方孔7上；
2.将扫描模块2插入基础运动模块4的滑块11上，扫描模块2与基站模块5开始通信；
3.基站模块5控制基础运动模块1，带动滑块11和扫描模块2到程序指定的扫描位置；
4.基站模块5控制扫描模块2进行扫描，获取并存储扫描结果；
5.基础运动模块4带动滑块11和扫描模块2复位到坐标原点，拆下扫描模块2，将打印模块3插入滑块11，打印模块3和基站模块5开始通信；
6.基站模块5规划好打印路径，控制基础运动模块5，带动滑块11和打印模块3沿指定路径进行打印；
7.打印结束后，基础运动模块4带动滑块11和打印模块3复位到坐标原点，拆下打印模块3；
8.将基础运动模块4与基站模块5从基座1上拆下；
9.整个打印过程结束。

Claims (4)

1.一种模块化便携式生物3D打印机，其特征在于：包括基座(1)、支撑结构、用于扫描识别的扫描模块(2)、用于3D打印的打印模块(3)，基础运动模块(4)以及基站模块(5)；所述的基座上设置有方孔(7)；所述方孔(7)用于安装支撑结构的支撑脚；所述的支撑结构上设置有基础运动模块(4)，所述的基础运动模块(4)设有插槽，所述的扫描模块(2)和打印模块(3)上设有与所述插槽配合的统一插头；基站模块(5)控制扫描模块(2)、打印模块(3)和基础运动模块(4)的工作。
2.根据权利要求1所述的模块化便携式生物3D打印机，其特征在于所述的扫描模块包括摄像头和扫描模块外壳，所述的扫描模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的摄像头固定在扫描模块外壳上，并与插头相连。
3.根据权利要求1所述的模块化便携式生物3D打印机，其特征在于所述的打印模块(3)包括打印模块外壳、打印喷头、供料装置；所述的打印模块外壳上设有与插槽匹配的统一插头；所述的打印喷头与供料装置固定在打印模块外壳内，打印喷头伸出打印模块外壳。
4.根据权利要求1所述的模块化便携式生物3D打印机，其特征在于所述的基础运动模块(4)包括两根X轴导轨、一根Y轴导轨、一根Z轴导轨；Y轴导轨两端分别安装在两根X轴导轨上，两根X轴导轨同步移动带动Y轴导轨在X方向移动；Z轴导轨安装在Y轴导轨上，Z轴导轨上设有滑块，所述的滑块上设有所述的插槽。
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