CN205522518U - 一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构 - Google Patents
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Abstract
一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，属于组织工程技术和生物3D打印技术领域，喷头架设在支撑板上并与支撑板连接固定，外套盖连接套置在喷头的上方，活塞移动作用在料筒腔体内，喷头和外套盖顶部的中心均开有相同直径的通孔，通孔内设有喷口，胶圈设置在喷口与通孔的间隙处，喷口的上端通过输气管与空气压缩机相连，针头设置在料筒腔体的底端，料筒腔体中的复合材料在活塞推动下从所述针头处均匀挤出。本实用新型结构简单，工作原理清晰，可以备至水溶液，胶体，浆料等液体物质。由于压缩气体构成的压力系统具有微动，高柔性，容易控制等特点。实现了低温材料(特别是胶原蛋白、纳米纤维等复合材料在温度在30℃以下)的3D打印。
Description
技术领域
本实用新型属于组织工程技术和生物3D打印技术领域，涉及一种用于细胞和生物材料3D打印的一种头结构，具体的说是涉及一种生物组织制造的适用生物材料(用于制备皮肤支架的胶原、纳米纤维素复合材料)打印的气动作用的生物3D打印喷头结构。
背景技术
对于受损大块软组织及内脏器官的治疗，人体组织器官的移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺，免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者备制的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织体替代物进行培养以后植入患者体内，替代原有的病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病的治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就是组织工程良好发展前景的有效例证。
传统的组织工程研究一直受限于细胞植入技术，即“将细胞植入到支架上”这一组织过程中固有技术环节中，无法将不同种类的细胞和生物质材料精确定位到支架内部不同的空间位置。实际上，随着组织工程研究的推进，研究工作渐渐向大块软组织及内脏器官方面诞生，由于这些组织和器官往往含有多种细胞和生物材料，而不同细胞或者材料又具有特定的空间排布，因此上述技术局限性更加凸显。
近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印，细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势如果能克服材料的在不同温度环境下不破坏其生物特性。而在一个典型的生物打印机中，关键部件之一就是喷头另外还有材料的备置。
哈佛大学Wonhye等开发的bio-printer技术就是基于气压挤出原理；清华大学的李生杰等开发的多细胞三维打印系统的喷头是采用机械活塞挤出模或者采用喷头的注射器内储存不同材料在成型某一面时，当一种材料相对应的喷头挤出成型结束后切换到另一个喷头继续进行打印；杭州汉卓机电科技有限公司公开了一种面向多材料打印的气动双作用生物3D打印喷头结构，该发明涉及多组挤出成型单元，这些喷头结构需要切换打印操作繁琐且并不能挤压一些低温材料；浙江大学研究的面向多种材料打印的旋转切换方式生物3D打印喷头实现了单喷头对多种材料的打印，对于一些高温材料是可行的，但是对于一些低温材料来实现3D打印比较困难。
实用新型内容
本实用新型针对低温材料在3D打印过程中存在的技术难题作出改进，提出一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，在气动挤压下保证挤出冷凝材料具有良好的力学性能和结构特征，实现了低温材料(特别是胶原蛋白、纳米纤维等复合材料在温度在30℃以下)的3D打印，提高了生产与备置的效率，为以后此类设备的设计提供了借鉴作用。
本实用新型的技术方案是：一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述喷头结构由胶圈、外套盖、喷头、活塞、支撑板、料筒腔体和针头组成，所述喷头架设在所述支撑板上并与所述支撑板连接固定，所述外套盖连接套置在所述喷头的上方，所述活塞移动作用在所述料筒腔体内，所述喷头和外套盖顶部的中心均开有相同直径的通孔，所述通孔内设有喷口，所述胶圈设置在所述喷口与通孔的间隙处，所述喷口的上端通过输气管与空气压缩机相连，所述针头设置在所述料筒腔体的底端，所述料筒腔体中的复合材料在所述活塞推动下从所述针头处均匀挤出。
所述支撑板与喷头通过螺纹连接固定，支撑板中间开有带内螺纹通孔，喷头下端外表面带有与内螺纹通孔相匹配的外螺纹。
所述外套盖与喷头结构通过螺纹连接，外套盖内部设有内螺纹，喷头中部设有与外套盖内部相匹配的外螺纹。
所述喷头和外套盖顶部中心均开有相同直径的通孔，喷口贯穿于喷头和外套盖顶部的通孔，胶圈置于喷口与通孔之间。
所述针头为注射针头或自制针头，针头的直径介于100～200μm。
所述喷头外部轮廓与料筒腔体内部形状相同均呈十字型。
本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，结构简单，工作原理清晰，利用气体进入推动活塞向下运动，活塞推动料筒中的液体材料通过喷头喷出，该结构的喷头可以备至水溶液，胶体，浆料等液体物质。由于压缩气体构成的压力系统具有微动，高柔性，容易控制等特点。可以近似提供静压的压力满足气动式喷出技术要求。可以提高支架组织的力学性能和结构特征，实现了低温材料(特别是胶原蛋白、纳米纤维等复合材料在温度在30℃以下)的3D打印，提高了生产与备置的效率，扩展了低温材料应用于3D打印中的需求，为以后此类设备的设计提供了借鉴作用。
附图说明
图1 为本实用新型全剖结构示意图。
图2 为图1中的局部放大示意图。
图中：胶圈1、外套盖2、喷头3、活塞4、支撑板5、料筒腔体6、针头7、喷口8、通孔9、输气管10。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1-2所示，一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，喷头结构由胶圈1、外套盖2、喷头3、活塞4、支撑板5、料筒腔体6和针头7组成，喷头3架设在支撑板5上并与支撑板5连接固定，外套盖2连接套置在喷头3的上方，活塞4移动作用在料筒腔体6内，喷头3和外套盖2顶部的中心均开有相同直径的通孔9，通孔9内设有喷口8，胶圈1设置在喷口8与通孔9的间隙处，喷口8的上端通过输气管10与空气压缩机相连，针头7设置在料筒腔体6的底端，料筒腔体6中的复合材料在活塞4推动下从针头7处均匀挤出。
如图1-2所示，一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，支撑板5与喷头3通过螺纹连接固定，支撑板5中间开有带内螺纹通孔，喷头3下端外表面带有与内螺纹通孔相匹配的外螺纹；外套盖2与喷头3结构通过螺纹连接，外套盖2内部设有内螺纹，喷头3中部设有与外套盖2内部相匹配的外螺纹；喷头3和外套盖2顶部中心均开有相同直径的通孔9，喷口8贯穿于喷头3和外套盖2顶部的通孔9，胶圈1置于喷口8与通孔9之间；针头7为注射针头或自制针头，针头7的直径介于100～200μm；喷头外部轮廓与料筒腔体内部形状相同均呈十字型。
如图1所示，一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构的工作原理如下：先将胶原、纳米纤维复合材料冷冻保存至-4℃，将材料注入料筒腔体内，输气管分别连接喷口和空气压缩机，空气压缩机提供气体压力，通过压力表来控制压力的大小并决定材料挤出速率，通过电磁阀控制复合材料的工作状态。气体通入喷口后，气体推动活塞向下挤压复合材料，料筒腔体中的复合材料从针头处均匀挤出，堆积在成型盘上面。当阀门打开，高压气体快速进入喷腔内推动材料挤出。当阀门闭合，等料筒腔体内的高压气体释放完残余应力后活塞停止工作。将3D打印的材料放置低温箱中冷冻再干燥，从而避免复杂的低温控制系统。
本实用新型结构简单，工作原理清晰，利用气体进入推动活塞向下运动，活塞推动料筒中的液体材料通过喷头喷出，该结构的喷头可以备至水溶液，胶体，浆料等液体物质。由于压缩气体构成的压力系统具有微动，高柔性，容易控制等特点。实现了低温材料(特别是胶原蛋白、纳米纤维等复合材料在温度在30℃以下)的3D打印，提高了生产与备置的效率，扩展了低温材料应用于3D打印中的需求，为以后此类设备的设计提供了借鉴作用。
Claims (6)
1.一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述喷头结构由胶圈(1)、外套盖(2)、喷头(3)、活塞(4)、支撑板(5)、料筒腔体(6)和针头(7)组成，所述喷头(3)架设在所述支撑板(5)上并与所述支撑板(5)连接固定，所述外套盖(2)连接套置在所述喷头(3)的上方，所述活塞(4)移动作用在所述料筒腔体(6)内，所述喷头(3)和外套盖(2)顶部的中心均开有相同直径的通孔(9)，所述通孔(9)内设有喷口(8)，所述胶圈(1)设置在所述喷口(8)与通孔(9)的间隙处，所述喷口(8)的上端通过输气管(10)与空气压缩机相连，所述针头(7)设置在所述料筒腔体(6)的底端，所述料筒腔体(6)中的复合材料在所述活塞(4)推动下从所述针头(7)处均匀挤出。
2.根据权利要求1所述的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述支撑板(5)与喷头(3)通过螺纹连接固定，支撑板(5)中间开有带内螺纹通孔，喷头(3)下端外表面带有与内螺纹通孔相匹配的外螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述外套盖(2)与喷头(3)结构通过螺纹连接，外套盖(2)内部设有内螺纹，喷头(3)中部设有与外套盖(2)内部相匹配的外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述喷头(3)和外套盖(2)顶部中心均开有相同直径的通孔(9)，喷口(8)贯穿于喷头(3)和外套盖(2)顶部的通孔(9)，胶圈(1)置于喷口(8)与通孔(9)之间。
5.根据权利要求1所述的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述针头(7)为注射针头或自制针头，针头(7)的直径介于100～200μm。
6.根据权利要求1所述的一种适用于挤压材料温度较低挤压成型的喷头结构，其特征在于：所述喷头(3)外部轮廓与料筒腔体(6)内部形状相同均呈十字型。
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| CN106426909A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-02-22 | 扬州大学 | 基于低温胶状生物材料3d打印的快换式多工位喷头 |
| CN108927996A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-04 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种用于3d打印机的喷头组件 |
| CN113021887A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 扬州工业职业技术学院 | 适用于工业机器人手臂的3d打印喷头及其使用方法 |
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| CN113021887B (zh) * | 2021-03-10 | 2023-05-30 | 扬州工业职业技术学院 | 适用于工业机器人手臂的3d打印喷头及其使用方法 |
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