CN112659551A

CN112659551A - 一种半柔性自定心同轴喷头及其制作方法

Info

Publication number: CN112659551A
Application number: CN201910975422.3A
Authority: CN
Inventors: 李瑜; 申永彬; 杜建飞; 王建平; 卞平艳
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明公开了一种半柔性自定心同轴喷头及其使用方法，属于组织工程技术和生物3D打印领域。包括上压盖，半柔性内针头，三通，三通凸台，外针头。半柔性内针头包括：针头刚性部件、若干截刚性短管、柔性软管。利用同轴喷头进行生物3D打印方法制备人工血管已经成为生物制造领域一大研究热点。目前使用的同轴喷头均是内外硬针头相套而成，结构单一，同轴度难以保证。本发明提供了一种半柔性自定心同轴喷头，其芯部针头的具有半柔性特征，采用柔性软管代替一般的刚性针头，并在软管中均匀布置若干段的刚性短管，以此来弥补由于机械加工误差造成的同轴度不高的问题，适用于各种尺寸的同轴喷头打印。

Description

一种半柔性自定心同轴喷头及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种半柔性自定心同轴喷头及其制作方法，用于细胞和生物材料打印，属于组织工程技术和生物3D打印领域。

背景技术

生物3D打印在医疗领域有着极为重要作用，能帮助人类解决组织器官移植缺乏供体来源、免疫排斥的问题，实现人体组织器官移植的愿望，

基于同轴喷头的3D打印技术和静电纺丝技术在生物工程领域有着广泛应用。利用同轴反应流制备类血管的中空纤维已经成为生物制造领域一大研究热点。但传统的同轴喷头在保证内外通道同轴度问题上难度较大，存在易堵塞、难清洗的问题，直接影响了中空纤维的成形质量。

专利文献（申请号201811543369.1）一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头及其方法，通过管间的嵌套实现多种材料在同轴喷头内部的混合，通过设置材料导流板实现液体均匀流出。该设计方法装置虽然能够形成一定的中空管，但复杂的连接形式也恰恰反映了目前同轴喷头同轴度难以保障的现状；专利文献（申请号2017202337）涉及一种新型柔性3D生物打印喷头,利用电磁场和流体作用使芯部柔性材料居中，停止通液时利用磁场产生的威尔德曼效应防止倒吸。但是，该设计方法的柔性芯部在停液后容易闭合，再次工作时易形成扁平射流，无法保障管状结构。

本发明提供了一种半柔性自定心同轴喷头，其芯部针头的具有半柔性特征，采用柔性软管代替一般的刚性针头，并在软管中均匀布置若干段的刚性短管。一方面，可利用流体自定心作用，带动柔性软管与外针头进行同轴度校正和补偿；另一方面，刚性短管则保障芯部通道的管状结构，而嵌段式的布置最大限度的保留芯部整体结构的柔性，即所谓的“半柔性”。

发明内容

本专利为了解决现有技术中的不足之处，提供一种半柔性自定心同轴喷头,该装置芯部针头由柔性软管与刚性短管组合而成，具有同轴度补偿和芯部管状结构保持功能。

为了实现上述目的，本专利采用如下方案：一种半柔性自定心同轴喷头包括上压盖（101）、半柔性内针头（102）、三通（103）、三通凸台（104）、外针头（105）、如图1。上压盖（101），半柔性内针头（102）、三通（103），外针头（105），通过各自与三通（103）的内外圆柱面的配合来保障同轴安装，外针头（105）与柔性内针头（102）的同轴度通过流体自定心作用进行补偿，；上压盖（101）下端通过螺纹连接三通（103），半柔性内针头（102）在上压盖（101）的作用下保持固定，三通（103）的下端也通过螺纹连接外针头（105）。

半柔性内针头（102）包括：针头刚性部件（201）、若干截刚性短管（202）、柔性软管（203）。3~5枚刚性短管均匀嵌段式地布置在软管内部，柔性软管紧密套在针头刚性部件（201）上，如图2。柔性软管材料选取柔性较高的聚乙烯材质，刚性短管选取不锈钢或塑料材质。

本发明还公开了一种所述喷头的制作方法，具体如下：

用线切割方法将刚性针头针管分为针头刚性部件（201）和刚性短管（202），在针头刚性部件（201）里插入若干根细铜线（301），将刚性短管（202）均匀嵌段式地布置在细铜线（301）上，剪取一段聚乙烯材料，在上面涂上一层胶水，通过针头刚性部件（201）和细铜线（301）将聚乙烯紧密地缠绕在针头刚性部件上（201）1-2圈，形成柔性软管（203）。然后缓慢将细铜线一根一根抽出，使刚性短管（202）均匀嵌段式地布置在软管内部，柔性软管（203）紧密缠在针头刚性部件（201）上，形成半柔性针头。一方面，可利用流体自定心作用，带动柔性软管（203）与外针头（105）进行同轴度校正和补偿；另一方面，刚性短管（202）则保障芯部通道的管状结构，而嵌段式的布置最大限度的保留芯部整体结构的柔性，即所谓的“半柔性”。形成了一种芯部针头由柔性软管（203）与刚性短管（202）组合而成，具有同轴度补偿和芯部管状结构保持功能。

本发明提供了一种半柔性自定心同轴喷头，在与其配套装置下经过流体作用，软体材料自动居中，保证与外针头的同轴度，可实现内外管同轴度的调整与保持，弥补由于机械加工误差造成的同轴度不高的问题。本发明占用空间小，结构精巧，使用方便清洗便捷，且各个部件容易拆卸、替换，适用于各种尺寸的同轴喷头打印。

本发明与现有技术相比较具有以下突出实质性特点和显著技术进步：

1.本专利中，半柔性同轴喷头既可满足单一材料的挤出也可满足两种材料的交联挤出；

2.本专利利用流体自定心作用，使半柔性内针头的软管部分在流体作用下自动居中，弥补同轴喷头组成零件的加工和装配精度带来的同轴度不高问题；

3.芯部的柔性针头内布置的间距均匀的硬管，可保障供液前后管状结构的维持。

附图说明

图1是装置的剖面图；

图2是半柔性内针头示意图；

图3是获得半柔性内针头的工艺流程图；

图1中，上压盖（101），半柔性内针头（102），三通（103），三通凸台（104），外针头（105）。

图2中，针头刚性部件（201），柔性针头里间距均匀的的刚性短管（202），内针头柔性部件（203）。

图3中，细铜线（301）。

具体实施方式

参见图1，图2，图中一种半柔性自定心同轴喷头，包括超上压盖（101）、柔性内针头（102）、三通（103）、三通凸台（104）、外针头（105）；半柔性内针头（102），包括一段针头刚性部件（201）、若干截刚性短管（202）、柔性软管（203），柔性软管紧密套在针头刚性部件上，三通（103）的内外圆柱面的配合来保障，外针头（105）与三通（103）采用过盈配合；上压盖（101）下端通过螺纹与三通中部螺纹相连接，三通（103）的下端也通过螺纹连接外针头（105），半柔性内针头（102）在上压盖（101）的作用下保持固定，上压盖（101），三通（103），外针头（105）应保持同一同轴度；本发明结构可以满足，通过流体作用，使柔性内针头（102）高度居中得到管壁均匀的中空管，可以利用特制装置进行单种或两种材料的混合挤出。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种半柔性自定心同轴喷头，其特征在于包括上压盖（101）、半柔性内针头（102）、三通（103）、三通凸台（104）、外针头（105）；半柔性内针头（102）在上压盖（101）的作用下安装在三通（103），外针头（105）、上压盖（101）、三通凸台（104）与三通（103）通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的三通装置，其特征在于半柔性内针头（102）采用针头刚性部件（201）与柔性软体（203）相结合，其中柔性管内有若干间距均匀的的刚性短管（202），在流体作用下能够自动调整同轴。

3.根据权利要求1所述的三通装置，其特征在于上压盖（101）上部采用锥形结构便于与通液管牢固相连，下部采用螺纹工艺，与三通（103）经过螺纹连接紧密结合在一起，保证同轴度。

4.一种如权利要求1所述喷头的制作方法，其特征在于：

用线切割方法将刚性针头针管分为针头刚性部件（201）和刚性短管（202），在针头刚性部件（201）里插入若干根细铜线（301），将刚性短管（202）均匀嵌段式地布置在细铜线（301）上，剪取一段聚乙烯材料，在上面涂上一层胶水，通过针头刚性部件（201）和细铜线（301）将聚乙烯紧密地缠绕在针头刚性部件上（201）1-2圈，形成柔性软管（203），然后缓慢将细铜线一根一根抽出，使刚性短管（202）均匀嵌段式地布置在软管内部，柔性软管（203）紧密缠在针头刚性部件（201）上，形成半柔性针头，一方面，可利用流体自定心作用，带动柔性软管（203）与外针头（105）进行同轴度校正和补偿；另一方面，刚性短管（202）则保障芯部通道的管状结构，而嵌段式的布置最大限度的保留芯部整体结构的柔性，即所谓的“半柔性”，形成了一种芯部针头由柔性软管（203）与刚性短管（202）组合而成，具有同轴度补偿和芯部管状结构保持功能。