CN207545265U - 一种多喷头3d生物打印系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多喷头3D生物打印系统，包括机体，送料机构，安装在机体上的Z轴移动机构，安装在Z轴移动机构上的X轴移动机构，安装在X轴移动机构上的打印机构，安装在机体的平台上的Y轴移动机构；打印机构包括打印步进电机，与打印步进电机相接的减速器，与减速器相接的转盘，安装在转盘上的多个喷头；送料机构通过送料喉管与喷头相接，Y轴移动机构上设有打印托盘，喷头位于打印托盘的上方。本实用新型可实现3D生物打印系统，且各个喷头之间相互独立，属于3D生物打印的技术领域。

Description

一种多喷头3D生物打印系统

技术领域

本实用新型涉及3D生物打印的技术领域，尤其涉及一种多喷头3D生物打印系统。

背景技术

3D生物打印是一种先进的生物制造技术，主要用于构建具有生物活性的三维多细胞体系，其最终目标是实现器官打印。3D生物打印技术能够克服传统组织工程技术的局限性，通过精确定位生物材料、生物化学分子和活细胞层间位置，可实现不同密度的种子细胞在不同支架材料中的三维精确定位，控制功能性成分的空间位置，用于制造三维结构。

3D生物打印不仅局限于对单一活性组分如细胞、生物材料、蛋白质等的打印，而且要实现多种细胞、生物基质和生物材料的同步打印，并实现精确定位。喷墨式打印、微挤压式打印和激光辅助打印是用于3D生物打印的主要技术。现有的细胞3D打印设备大多采用单一的打印方式，因此打印材料、打印结构均受到诸多限制。另外目前市场上提供的多头3D打印机，各个喷头的位置和相对位置大多数是固定的，导致在切换喷头后，当打印位置在已打印结构高度以下的区域时会受到其他喷头的阻碍；而对于多种打印原料使用同一个打印喷头的情况，则会造成打印喷头交叉污染等问题。因此3D生物打印设备中多喷头的结构设计和切换成为该技术领域亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种多喷头3D生物打印系统，可实现3D生物打印，且各个喷头之间相互独立。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多喷头3D生物打印系统，包括机体，送料机构，安装在机体上的Z轴移动机构，安装在Z轴移动机构上的X轴移动机构，安装在X轴移动机构上的打印机构，安装在机体的平台上的Y轴移动机构；打印机构包括打印步进电机，与打印步进电机相接的减速器，与减速器相接的转盘，安装在转盘上的多个喷头；送料机构通过送料喉管与喷头相接，Y轴移动机构上设有打印托盘，喷头位于打印托盘的上方。

进一步的是：Z轴移动机构包括Z轴步进电机、Z轴传动带、Z轴导轨和Z轴滑台；Z轴导轨安装在机体上，Z轴滑台移动式安装在Z轴导轨上，Z轴步进电机与Z轴传动带相接，Z轴传动带与Z轴滑台相接。可以实现打印机构的上下移动。

进一步的是：X轴移动机构包括X轴步进电机、X轴传动带、X轴导轨和X轴滑台；X轴导轨安装在Z轴滑台上，X轴滑台移动式安装在X轴导轨上，X轴步进电机与X轴传动带相接，X轴传动带与X轴滑台相接。可以实现打印机构沿着X轴方向移动。

进一步的是：减速器安装在X轴滑台上。

进一步的是：Y轴移动机构包括Y轴步进电机、Y轴传动带、Y轴导轨和Y轴滑台；Y轴导轨安装在机体的平台上，Y轴滑台移动式安装在Y轴导轨上，Y轴步进电机与Y轴传动带相接，Y轴传动带与Y轴滑台相接，打印托盘设置在Y轴滑台上。可以实现打印机构沿着Y轴方向移动。

进一步的是：喷头包括相互连接的控温部件和喷嘴，送料机构通过送料喉管与控温部件相接，喷嘴朝向转盘的外侧。喷头实现打印的功能。

进一步的是：多个喷头沿着转盘的圆周方向均匀分布，其中几个喷头为熔融沉积成型喷头，剩余的喷头为微挤出堆积成型喷头。这样不仅可以使整体占用空间小，还可以提高固定在转盘上的喷头的空间稳定性，避免打印过程中喷头受到X、Y方向上的外力或电机在X、Y平面上快速移动导致该步进电机丢步等问题。正在使用的喷头和待使用喷头不在同一个角度和高度上，保证了喷头之间不会在空间上相互干扰限制，也避免了不同打印原料因共用喷头而造成打印材料交叉污染的问题。本实用新型支持熔融沉积成型、微挤出堆积成型、紫外光辅助成型等多种打印方式，能够实现多组分、多材料的共同打印，提高打印效率和可靠性，具有明显优势和良好的产业化前景。

进一步的是：微挤出堆积成型喷头上设有激光或紫外光源。物料经紫外光照射后，强度等力学性能得到明显的提高。

进一步的是：减速器和转盘呈中空结构，送料喉管从减速器和转盘的中空部分穿过。布局合理，各个部件设置紧凑。

进一步的是：生物打印系统还包括控制装置和显示屏，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均与控制装置电连接。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.生物打印系统可以在打印生物材料的同时打印细胞，亦可打印多种生物材料或多种细胞、生长因子等活性物质。多个喷头固定在垂直于水平面方向的转盘上，转盘转动受打印步进电机控制，打印步进电机由预先设定好的程序自动控制，从而实现多个喷头间的自动切换，各个喷头间不存在喷头距离固定、限制打印区域等相互干扰的问题。

2.生物打印系统可包含若干个喷头，实现熔融沉积成型、微挤出堆积成型、激光或紫外光辅助成型等多种打印方式，可以实现多种生物材料、多种活性物质和多种类细胞的共同打印，从而完成更为复杂的结构体的构建，提高打印效率，可打印材料选择范围广、兼容性好。

3.多个喷头之间通过转盘实现自动切换，保证同一时间在打印方向上只有一个喷头处于工作状态，从而避免了各个喷头之间相互干扰的问题，也解决了目前市面上并排式多头打印机无法在孔状容器中打印或难以在已有打印高度以下位置进行打印材料的难题。

4.质量较大的送料机构设在机架上，使用送料喉管连接送料机构和控温部件从而实现材料的输送，因此能够很好地减轻喷头处的质量，对提高打印精度、打印灵敏度和导轨耐磨损性能都非常有利。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图。

图2是打印机构的俯视图。

图3是打印机构的主视图。

其中，1为机体，2为平台，3为X轴步进电机，4为X轴传动带，5为X轴导轨，6为Y轴步进电机，7为Y轴传动带，8为Y轴导轨，9为Y轴滑台，10为打印托盘，11为Z轴步进电机，12为Z轴传动带，13为Z轴导轨，14为Z轴滑台，15为控制装置，16为显示屏，17为送料喉管，18为送料机构，19为熔融沉积成型喷头，20为微挤出堆积成型喷头，21为紫外光源，22为打印步进电机，23为减速器，24为转盘。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

结合图1、图2和图3所示，一种多喷头3D生物打印系统，包括机体，送料机构，安装在机体上的Z轴移动机构，安装在Z轴移动机构上的X轴移动机构，安装在X轴移动机构上的打印机构，安装在机体的平台上的Y轴移动机构，机体上设有平台；打印机构包括打印步进电机，与打印步进电机相接的减速器，与减速器相接的转盘，安装在转盘上的多个喷头；送料机构通过送料喉管与喷头相接，Y轴移动机构上设有打印托盘，喷头位于打印托盘的上方。

Z轴移动机构包括Z轴步进电机、Z轴传动带、Z轴导轨和Z轴滑台；Z轴导轨安装在机体上，Z轴滑台移动式安装在Z轴导轨上，Z轴滑台可以在Z轴导轨上移动，Z轴步进电机与Z轴传动带相接，Z轴传动带与Z轴滑台相接。Z轴步进电机驱动Z轴传动带运转，Z轴传动带的运转带动Z轴滑台在Z轴导轨上移动。Z轴传动带、Z轴导轨和Z轴滑台有两组，且都是竖直方向设置，Z轴滑台是上下移动的，可以用一个或两个Z轴步进电机驱动两个Z轴滑台上下移动。

X轴移动机构包括X轴步进电机、X轴传动带、X轴导轨和X轴滑台；X轴导轨安装在Z轴滑台上，X轴导轨的两端分别安装在两个Z轴滑台上，Z轴滑台的上下移动会带动X轴导轨上下移动，X轴滑台移动式安装在X轴导轨上，X轴步进电机与X轴传动带相接，X轴传动带与X轴滑台相接。X轴步进电机驱动X轴传动带运转，X轴传动带的运转带动X轴滑台在X轴导轨上移动。

减速器安装在X轴滑台上，可以是减速器的壳体安装在X轴滑台上。从而可将整个打印机构安装在X轴滑台上。

Y轴移动机构包括Y轴步进电机、Y轴传动带、Y轴导轨和Y轴滑台；Y轴导轨安装在机体的平台上，Y轴滑台移动式安装在Y轴导轨上，Y轴滑台可以在Y轴导轨上移动，Y轴步进电机与Y轴传动带相接，Y轴传动带与Y轴滑台相接，打印托盘设置在Y轴滑台上。Y轴步进电机驱动Y轴传动带运转，Y轴传动带的运转带动Y轴滑台在Y轴导轨上移动。

喷头包括相互连接的控温部件和喷嘴，送料机构通过送料喉管与控温部件相接，喷嘴朝向转盘的外侧。控温部件可以精确控制打印的温度。送料机构通过送料喉管输送物料，然后物料进入控温部件，控温部件加热后，再由喷嘴喷出。

多个喷头沿着转盘的圆周方向均匀分布，其中几个喷头为熔融沉积成型喷头，剩余的喷头为微挤出堆积成型喷头。熔融沉积成型喷头和微挤出堆积成型喷头的数量均为两个，这样不仅可以使整体占用空间小，还可以提高固定在转盘上的喷头的空间稳定性，避免打印过程中喷头受到X、Y方向上的外力或电机在X、Y平面上快速移动导致该步进电机丢步等问题。熔融沉积成型和微挤出堆积成型均为现有技术。

微挤出堆积成型喷头上设有激光或紫外光源。物料经紫外光照射后，强度等力学性能得到明显的提高。

减速器和转盘呈中空结构，送料喉管从减速器和转盘的中空部分穿过。送料喉管穿过减速器和转盘呈的中空结构，布局合理，各个部件设置紧凑。

送料机构安装在机体上，可以减轻运动机构的负载重量。

生物打印系统还包括控制装置和显示屏，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均与控制装置电连接，控制装置可以控制X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构的运动，从而精确控制打印机构在空间上的位置。显示屏可以显示相关的信息。

生物打印系统的原理：控制装置控制X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构的运动，从而控制打印机构在空间上的精确位置，然后打印步进电机通过减速器带动转盘转动，转盘的转动带动喷头的转动，从而使喷头处于工作状态，送料机构通过送料喉管输送物料给喷头，然后再由喷头将物料打印在打印托盘上。打印步进电机可以控制转盘转动的角度，进而控制喷头转动的角度，打印过程中，只有一个喷头处在打印方向上，即喷头喷嘴的方向为竖直向下，其他喷头不会干扰到处于工作状态的喷头。本实用新型主要用于医疗器械制造、个性化药物生产、组织工程支架和含有活细胞的组织器官等制品的制备。

本实用新型使用的X轴、Y轴、Z轴构成了X、Y、Z三轴笛卡尔坐标系，X轴、Y轴、Z轴也可以分别用横向、纵向、垂向来代替。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：包括机体，送料机构，安装在机体上的Z轴移动机构，安装在Z轴移动机构上的X轴移动机构，安装在X轴移动机构上的打印机构，安装在机体的平台上的Y轴移动机构；打印机构包括打印步进电机，与打印步进电机相接的减速器，与减速器相接的转盘，安装在转盘上的多个喷头；送料机构通过送料喉管与喷头相接，Y轴移动机构上设有打印托盘，喷头位于打印托盘的上方。

2.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：Z轴移动机构包括Z轴步进电机、Z轴传动带、Z轴导轨和Z轴滑台；Z轴导轨安装在机体上，Z轴滑台移动式安装在Z轴导轨上，Z轴步进电机与Z轴传动带相接，Z轴传动带与Z轴滑台相接。

3.按照权利要求2所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：X轴移动机构包括X轴步进电机、X轴传动带、X轴导轨和X轴滑台；X轴导轨安装在Z轴滑台上，X轴滑台移动式安装在X轴导轨上，X轴步进电机与X轴传动带相接，X轴传动带与X轴滑台相接。

4.按照权利要求3所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：减速器安装在X轴滑台上。

5.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：Y轴移动机构包括Y轴步进电机、Y轴传动带、Y轴导轨和Y轴滑台；Y轴导轨安装在机体的平台上，Y轴滑台移动式安装在Y轴导轨上，Y轴步进电机与Y轴传动带相接，Y轴传动带与Y轴滑台相接，打印托盘设置在Y轴滑台上。

6.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：喷头包括相互连接的控温部件和喷嘴，送料机构通过送料喉管与控温部件相接，喷嘴朝向转盘的外侧。

7.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：多个喷头沿着转盘的圆周方向均匀分布，其中几个喷头为熔融沉积成型喷头，剩余的喷头为微挤出堆积成型喷头。

8.按照权利要求7所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：微挤出堆积成型喷头上设有激光或紫外光源。

9.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：减速器和转盘呈中空结构，送料喉管从减速器和转盘的中空部分穿过。

10.按照权利要求1所述的一种多喷头3D生物打印系统，其特征在于：生物打印系统还包括控制装置和显示屏，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均与控制装置电连接。