CN208958411U - 3d骨骼喷射打印机 - Google Patents

Abstract

公开了一种3D骨骼喷射打印机，包括打印箱和位于打印箱内的打印机主体、打印头、打印平台以及打印平台下方使其进行上下运动的电机，打印头固定于打印机主体上，打印头包括内外两个同心套管，即外套管和内套管，内套管与左右两个漏斗状容器相连，且内部具有与漏斗状容器连通的推进器，外套管与至少2个吹入孔连通，吹入孔与气泵连通，外套管与内套管之间可以是中空的或者具有至少2个均匀分布的圆形孔，且在竖直方向上，两个漏斗状容器位于吹入孔上方，圆形孔位于吹入孔的下方，打印平台置于打印箱内、打印头的下方。该3D骨骼喷射打印机可以快速、准确打印直接应用于临床的骨骼。

Description

3D骨骼喷射打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印机领域，尤其涉及一种用于打印骨骼的3D打印机的打印头。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术。它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。简单的说就是如果把一件物品剖成极多的薄层，3D打印就是一层一层的把薄层打印出来，上一层覆盖在下一层上，并与之结合在一起，直到物件打印成型。

在医疗领域，已经实现利用3D打印技术使用金属、塑料等材料打印人体骨骼。但是，目前用于打印骨骼的3D打印机只是用非骨骼材料打印骨骼形态，打印出来的产品不是真正骨骼，只是具有骨骼形态，临床效果不佳。例如 CN204526182U，公开了一种新型骨科3D打印机，包括打印机主体、打印头、打印机平台机构，在打印机主体上端设置有打印支撑柱，在打印支撑柱上设置有打印机平台机构，在打印机平台机构上设置有打印头，在打印机主体上中间设置有活动板，在活动板下端设置有升降杆，升降杆下端设置有电机，打印机主体内设置有升降腔，在升降腔左右两侧的侧壁上设置有滑道，从而方便3D打印机打印出更长的骨头。尽管该3D打印机解决了打印的骨骼尺寸受限问题，但依然存在打印精准度不高，无法打印能直接应用于临床的人体骨骼的问题。

由此可见，本领域急需新型3D骨骼打印机，其避免骨水泥与骨粉混合后容易固化而堵塞打印头的问题，同时打印出来的骨骼可以直接应用于临床。

有鉴于上述现有的3D骨骼打印机存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极研究创新，终于创设出具实用价值的3D骨骼喷射打印机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有骨科3D打印机中存在的缺点，提供一种新型的3D骨骼喷射打印机，使其能够快速、准确、精致地打印能直接应用于临床的骨骼，避免骨水泥与骨粉混合后快速固化导致的堵塞打印头的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种3D骨骼喷射打印机，包括打印机主体、打印头、打印平台、打印平台下方的电机、打印箱，所述打印机主体、打印头、打印平台以及打印平台下方的电机位于所述打印箱内，所述电机可以使打印平台进行上下运动，所述打印头固定于所述打印机主体上，其中，所述打印头包括内外两个同心套管，即外套管和内套管，所述内套管与左右两个漏斗状容器相连，且内部具有与所述漏斗状容器连通的推进器，用于混合来自漏斗状容器的骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物，并将混合物从打印头推出来，所述外套管与至少2个吹入孔连通，吹入孔与气泵连通，所述外套管与内套管之间可以是中空的或者具有至少2个沿圆周均匀分布的圆形孔，且在竖直方向上，所述两个漏斗状容器位于所述吹入孔上方，所述圆形孔位于所述吹入孔的下方，所述打印平台置于所述打印箱内、所述打印头的下方。

将打印机主体、打印头、打印平台、电机置于打印箱内，可以将打印环境与外部环境隔绝开来，防止喷出的骨粉混杂进外部空气中的灰尘，从而营造一个干净的打印环境，同时也防止喷射出的骨粉向外界飘逸，污染外部环境，尽管在气泵例如高压气泵的压力作用下，骨粉被迅速喷射而出。

本实用新型的目的及解决其技术问题，还可以通过以下技术方案来实现。

在所述3D骨骼喷射打印机中，所述气泵可以是高压气泵，例如高压涡旋气泵，也可以是微型气泵，例如微型高压气泵、微型打气泵、微型抽气打气两用泵等，用于将骨粉从吹入孔鼓入外套管，气泵可以位于打印箱内，或位于打印箱外。微型气泵是本领域技术人员公知的，其体积小巧，工作介质为气态，主要用于气体采样、气体循环、真空吸附、真空保压、抽气、打气、增压等多种用途，按工作原理可分为有隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等，按功能可分为微型气体循环泵、微型打气泵、微型抽气打气两用泵等。所述气泵还可以是其他鼓入装置，例如鼓风机，只要其能将骨粉通过吹入孔鼓入外套管即可。

在所述3D骨骼喷射打印机中，在所述内套管的外部还设置有加热器，用来加热混合的打印原料，即骨水泥的两种组分液体和生物胶粉状物，避免两者混合后固化堵塞打印头。

在所述3D骨骼喷射打印机中，所述加热器具有探测温度、调节温度、加热的功能，可以为电加热器、蒸汽加热器或水加热器。电加热器、水加热器或蒸汽加热器是本领域技术人员公知的。在另一实施方案中，优选，所述加热器为电加热器，电加热器可以是电磁加热器、红外线加热器或者电阻加热器。

在所述3D骨骼喷射打印机中，所述打印头呈锥形，从上向下逐渐变细，从而更方便将骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物即液体和生物胶粉状物混合均匀，也更方便进行精准打印。

在所述3D骨骼喷射打印机中，在外套管与内套管之间可以具有2、3、4、 5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、 24、25或以上例如30、35、40等个均匀分布的圆形孔，圆形孔在外套管与内套管之间沿圆周均匀分布。通常，圆形孔越多，骨粉喷射的越均匀，但是考虑到制造成本、制造难度、打印头直径、喷洒均匀度等因素，圆形孔的数量以2-20 为宜。在所述3D骨骼喷射打印机中，所述圆形孔的孔径是可以调节的。

在所述3D骨骼喷射打印机中，所述推进器可以是活塞式推进器或螺旋式推进器，或者本领域公知的其他推进器。在本实用新型的实施方案中，推进器可以充分混合骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物，并且推动充分混合的骨水泥组分在打印头中移动。

与现有3D骨骼打印机相比，本实用新型提供的3D骨骼喷射打印机具有如下有益效果：

由于本实用新型的3D骨骼喷射打印机可以直接以骨水泥和骨粉为打印原料，打印出来的骨骼与机体骨骼具有同样的功能，可以直接应用于人体或者动物体，没有免疫排斥反应，因此可以量身定做骨缺损，并且不浪费骨粉；此外，打印可在无菌环境下进行，且打印快速、准确、精致。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型3D骨骼喷射打印机的示意图。

图2为本实用新型3D骨骼喷射打印机的推进器和打印头。

图3为本实用新型3D骨骼喷射打印机的打印头的一实施方案。

图4为本实用新型3D骨骼喷射打印机的打印头的另一实施方案。

图中各附图标记表示1打印箱，2打印机主体，3打印头，4打印平台，

301漏斗状容器，302吹入孔，303推进器，304加热器，305打印头嘴， 306外套管，307内套管，308打印头中空管道，309圆形孔。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-图4所示，本实用新型的3D骨骼打印机包括打印箱1、打印机主体2、打印头3、打印平台4、打印平台4下方的电机，打印机主体2、打印头 3、打印平台4、打印平台4下方的电机位于所述打印箱1内，所述打印头3固定于所述打印机主体2上，所述打印头3包括内外两个同心套管，即外套管306 和内套管307，内套管307与左右两个漏斗状容器301相连，且内部具有与所述漏斗状容器301连通的推进器303，在本实施例中推进器303是活塞式推进器，也可以是螺旋式推进器，左右两个漏斗状容器301用来容纳骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物，推进器303将骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物充分混合并推动其在打印头3内移动，使其从打印头嘴305移出，外套管306与位于其左右两侧的2个吹入孔302连通，吹入孔302与微型高压气泵连通，用来将骨粉通过吹入孔302鼓入外套管306，外套管306与内套管307 之间可以是中空的，如图3所示，鼓入的骨粉在微型高压气泵的压力下由此喷射而出。在竖直方向上，所述两个漏斗状容器301位于所述吹入孔302上方，所述打印平台4置于所述打印箱1内、所述打印头3的下方。

外套管306与内套管307之间也可以具有至少2个沿圆周均匀分布的圆形孔309，且所述圆形孔309位于所述吹入孔302的下方，所述打印平台4置于所述打印箱1内、所述打印头3的下方。通常，当外套管306与内套管307之间沿圆周均匀分布的圆形孔309越多，从圆形孔309喷射出的骨粉越均匀，与推进器303推出的骨水泥混合越好，但是考虑到制造成本、制造难度、打印头 3的直径以及喷洒均匀度，圆形孔309的数量通常以2-20为宜。在另一方面，圆形孔309的孔径是可以调节的，从而更方便地均匀喷出骨粉。图4示出了在外套管306与内套管307之间具有8个均匀分布的圆形孔309，在图4中圆形孔的孔径是可以调节的，从而更方便地均匀喷出骨粉。

在打印主体2内具有电机，可以根据计算程序输出的指令，来调节打印机主体2的机械臂带动打印头3进行前后、左右运动。位于打印平台4的下方、打印箱1内的电机，可以根据计算程序输出的指令调节打印平台4做上下运动。从而，在计算程序指令、电机的控制下，调节打印机主体2机械臂、打印平台 4的运动，进行三维打印。

当进行打印时，将骨水泥的两种组分即液体和生物胶粉状物分别装入左右两个漏斗状容器301中，进入打印头3的中空管道308中，由打印头3中的活塞式推进器或螺旋式推进器303混合均匀后形成骨水泥，并由活塞式推进器或螺旋式推进器从打印头的中空管道308推出打印头的打印头嘴305。微型高压气泵通过吹入孔302将骨粉鼓入外套管306，然后通过外套管306与内套管307 之间的中空部分或者外套管306与内套管307之间沿圆周均匀分布的圆形孔 309喷射出，均匀地喷射在由活塞式推进器或螺旋式推进器303从打印头嘴305 推出的骨水泥上。由于采用了骨水泥与骨粉作为打印原料，两者混合后成型后，打印形成的骨骼能直接应用于临床，从而可以为患者进行量身定做。

当打印不同形状的骨骼时，本实用新型的3D骨骼喷射打印机会根据计算机指令来利用打印机主体2内的电机调节打印机主体2的机械臂带动打印头3 进行前后、左右运动，实现前后、左右打印，同时通过计算机指令利用打印平台4下方的电机来调节打印平台4做上下运动，实现上下打印，从而在三维方向上进行打印。

实施例2

如图1所示，与实施例1相比，在内套管307的外部还设置有加热器304，用来加热混合的打印原料，吹入孔302与微型打气泵(图中未显示)连通。由于骨水泥的A、B两种组分即液体和生物胶粉状物在混合后很容易固化，为了进一步防止其固化，通过电磁加热器升高其温度，可以防止或者延缓其固化，从而防止在与骨粉混合前固化而堵塞打印头。

在本实施例中，用来加热骨水泥的加热器304是电阻加热器。加热器304 还可以为红外线加热器、电磁加热器，或者为水加热器或蒸汽加热器。鉴于电加热器的热转化效率较蒸汽加热器或水加热器高，因此最好选择电加热器，例如红外线加热器、电阻加热器或电磁加热器。通过加热骨水泥，可以延缓其固化，从而防止骨水泥堵塞打印头3。

加热器304具有控制温度、感应温度、加热的功能。当外界例如骨水泥或者环境温度低于既定值时，加热器可以启动，开始加热骨水泥，当加热到设定的上限值时，其停止加热，处于保温状态。

实施例3

如图3所示，是本实用新型3D骨骼喷射打印机的另一种实施方案。与实施例1相比，打印头3呈锥形，从上向下逐渐变细，这样更有利于准确打印人体或者动物体的骨骼。在本实施例中，外套管306与内套管307之间是中空部分，如图3所示。

当进行打印时，骨粉在高压气泵或者微型气泵的压力作用下，从吹入孔302 经外套管306与内套管307之间的中空部分中喷出，均匀地喷射在从打印头3 的中空管道308由推进器303混合、推出的骨水泥上。

实施例4

在本实施例中，与实施例1相比，在内套管307的外部还设置有电磁加热器，用来加热混合的打印原料，并且打印头呈锥形，从上向下逐渐变细。这样打印出的骨骼更精确、打印过程更快速，在外套管306与内套管307之间具有 8个沿圆周均匀分布的圆形孔309，如图4所示。圆形孔309的孔径是可以调节的，或是固定的。

当进行打印时，骨粉在高压气泵或微型气泵的压力作用下，从外套管306 与内套管307之间均匀分布的8个圆形孔309中喷出，均匀地喷射在从打印头 3的中空管道308由推进器303混合、推出的骨水泥上。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种3D骨骼喷射打印机，包括打印机主体(2)、打印头(3)、打印平台(4)、打印平台(4)下方的电机、打印箱(1)，所述打印机主体(2)、打印头(3)、打印平台(4)以及打印平台(4)下方的电机位于所述打印箱(1)内，所述电机使所述打印平台(4)进行上下运动，所述打印头(3)固定于所述打印机主体(2)上，其特征在于，所述打印头(3)包括内外两个同心套管，即外套管(306)和内套管(307)，所述内套管(307)与左右两个漏斗状容器(301)相连，且内部具有与所述漏斗状容器(301)连通的推进器(303)，所述外套管(306)与至少2个吹入孔(302)连通，所述吹入孔(302)与气泵连通，所述外套管(306)与内套管(307)之间可以是中空的或者具有至少2个均匀分布的圆形孔(309)，且在竖直方向上，所述两个漏斗状容器(301)位于所述吹入孔(302)上方，所述圆形孔(309)位于所述吹入孔(302)的下方，所述打印平台(4)置于所述打印箱(1)内、所述打印头(3)的下方。

2.根据权利要求1所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于在所述内套管(307)的外部还设置有加热器(304)，用来加热混合的打印原料。

3.根据权利要求2所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述加热器(304)为电加热器、蒸汽加热器或水加热器。

4.根据权利要求3所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述电加热器为红外线加热器、电阻加热器或电磁加热器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述打印头(3)呈锥形，从上向下逐渐变细。

6.根据权利要求1所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述外套管(306)与内套管(307)之间具有2-20个均匀分布的圆形孔(309)。

7.根据权利要求1所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述圆形孔(309)的孔径是可调节的。

8.根据权利要求1所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述推进器(303)是活塞式推进器或螺旋式推进器。

9.根据权利要求1所述的3D骨骼喷射打印机，其特征在于所述气泵是微型气泵或高压气泵。