CN209869412U - 新型挤出式生物3d打印同轴喷头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头，包括内管、防水密封圈、中间套管以及外管。内管包括入料口、与中间套管连接的螺纹以及内管出料口；防水密封圈套在内管上；中间套管包括盘形腔体、与内管连接的内螺纹、两个入料口，与外管连接的螺纹以及导流板；外管包括与中间套管连接的内螺纹、入料口以及外管出料口。本实用新型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，使生物材料有更好的成形效果。本实用新型结构精巧、易替换，使用方便，清洗便捷，产物流出均匀稳定，适用于各种材料的同轴打印。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于多材料挤出式同轴生物3D打印的可以使多种材料提前在同轴管内发生固化的3D打印喷头结构，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打印开辟了生物医疗领域的新方向，未来极有可能解决人体组织器官移植供体来源缺乏、免疫排斥的问题。
血管3D打印是生物3D打印技术中一个非常重要的分支，利用海藻酸钠、壳聚糖等可以快速发生交联固化的水凝胶材料作为支架使细胞堆积出一定尺度的管状结构是多数打印方式涉及的基本原理。而同轴打印是利用几种材料从不同管道同时流出一个具有同轴结构的管状喷头发生固化，以实现高效的人工血管的一次直写成形技术。
目前所使用的同轴喷头常是数种不同口径的金属管相套而成，结构单一，且通常打印成形效果很不稳定，存在容易堵塞喷头的问题，关键是对于大口径的管状结构仅靠材料在管口发生交联的时间根本不足以发生固化成形，阻碍了血管打印技术的发展。材料发生交联的速度很难改变，因此急需一种可以使材料有更长时间混合并不易堵塞的喷头结构。本实用新型提供了一种占用空间小、结构精巧、产物流出均匀稳定、使用方便、清洗便捷且结构单元容易替换、可适用于各种材料的同轴打印的3D打印喷头。
发明内容
目前多数同轴打印技术通过多种材料交联固化达到管道一次成形，但在管径较大的时候，材料的交联速度通常很难实现在管口瞬间固化成形。本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头及其方法。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型的挤出式生物3D打印同轴喷头包括内管、防水密封圈、中间套管以及外管；内管包括进料口、与外部固定装置连接的第一螺纹、对内管进行旋进旋出的六角螺母、与中间套管旋合连接的第二螺纹以及内管出料口，进料口到内管出料口内部有一贯穿的通道，内管竖直放置；
防水密封圈套在内管上，间隙配合，防水密封圈上表面紧贴六角螺母，下表面紧贴中间套管；中间套管包括圆环形腔体、第一入料口、第二入料口、弧形导管以及导流板；第一入料口、第二入料口分别通过弧形导管与圆环形腔体连通；导流板均匀布置在圆环形腔体内；圆环形腔体内圆环上设有用于与内管第二螺纹连接的第一内螺纹；圆环形腔体下部设有一内部呈空腔的环形凸出部；环形凸出部外表面设有用于与外管旋合连接的外螺纹，环形凸出部与圆环形腔体连通，且环形凸出部底部设有环形出口；环形出口与外管内部通道相通；
外管包括与中间套管连接的第二内螺纹、设置在外管侧壁的第三入料口、对外管进行旋进旋出的六角螺母以及外管出料口；内管设置在外管内，底部与外管 4底部相齐平。
优选的，所述的防水密封圈为聚四氟乙烯防水密封圈。
优选的，所述的内管、防水密封圈、中间套管以及外管共用同一中心线。
本实用新型所述喷头的工作方法如下：
堵住第一入料口，以一定速率在中间套管的第二入料口通材料b使其浸润内腔，一定时间后在外管的第三入料口通材料c，当其流入外管范围时与材料b发生混合，交联成半固态材料d，半固态材料d从环形的外管出料口流出成管状半固态材料g；同时进料口通材料a，使之以一定速率从内管出料口流出，在管口与环形材料g内壁接触，进一步固化管状结构；
打印末了，喷头内部依然存在未完全反应的材料d，此时堵住第二入料口，打开第一入料口，以一定速率通清水，可以将腔室内的材料完全挤出，同时将喷头洗净。
洗净后的喷头可进行后续的操作：继续打印新的管状结构或拆卸清洗。
本申请中a，b，c，e，f均为液体流动状态，d为半固体状态，g为固体凝胶状态。其中f为a流经内管至于出口的材料。d为b和c发生初步短暂交联的产物，g为管状半固体d流出管口后与f发生再次交联的最终产物。
本实用新型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，使生物材料有更好的成形效果，并且设置清洁口解决了喷头堵塞的问题。本实用新型占用空间小，结构精巧，产物流出均匀稳定，使用方便，清洗便捷，且结构单元容易拆卸、替换，适用于各种材料的同轴打印。
附图说明
图1是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头的装配效果图。
图2是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头剖视装配图。
图3是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头的内管结构图。
图4是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头的中间套管的结构图、正视图和内部透视示意图。
图5是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头的外管结构图。
图6是一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头的内部通道及打印墨水流向示意图。
具体实施方式
以下将结合附图1-6及实施例进一步说明本实用新型的具体结构和工作过程。
本实用新型的挤出式生物3D打印同轴喷头包括内管1、防水密封圈2、中间套管3以及外管4；
内管1包括进料口11、与外部固定装置连接的第一螺纹12、对内管进行旋进旋出的六角螺母、与中间套管旋合连接的第二螺纹13以及内管出料口14，进料口11到内管出料口14内部有一贯穿的通道，内管1竖直放置；
防水密封圈2套在内管1上，间隙配合，防水密封圈2上表面紧贴六角螺母，下表面紧贴中间套管3；
中间套管包括圆环形腔体、第一入料口32、第二入料口33、弧形导管以及导流板35；第一入料口32、第二入料口33分别通过弧形导管与圆环形腔体连通；导流板35均匀布置在圆环形腔体内；圆环形腔体内圆环上设有用于与内管第二螺纹连接的第一内螺纹34；圆环形腔体下部设有一内部呈空腔的环形凸出部；环形凸出部外表面设有用于与外管旋合连接的外螺纹31，环形凸出部与圆环形腔体连通，且环形凸出部底部设有环形出口；环形出口与外管内部通道相通；
外管4包括与中间套管连接的第二内螺纹41、设置在外管4侧壁的第三入料口42、对外管进行旋进旋出的六角螺母以及外管出料口43；内管1设置在外管 4内，底部与外管4底部相齐平。
优选的，所述的防水密封圈2为聚四氟乙烯防水密封圈2。
优选的，所述的内管1、防水密封圈2、中间套管3以及外管4共用同一中心线。
本实用新型新型挤出式生物3D打印同轴喷头的装配过程如下：
1)将防水密封圈套在内管上，随后将内管第二螺纹13与中间套管第一内螺纹34旋合。
2)将中间套管的外螺纹31与外管第二内螺纹41旋合。
3)将内管第一螺纹12与外部固定装置的螺纹旋合。
4)将四根带螺纹连接头的导管分别安装到内管进料口11、中间套管第一入料口32、第二入料口33和外管的第三入料口42上。
优选地，导管另一头各接一个装有打印墨水或清水的10ml医用注射器。
优选地，每个注射器分别用一台注射泵控制打印墨水或清水灌注的速度和时间。
本实用新型还公开了一种所述喷头的工作方法：
堵住第一入料口32，以一定速率在中间套管的第二入料口33通材料b使其浸润内腔，一定时间后在外管的第三入料口42通材料c，当其流入外管范围时与材料b发生混合，交联成半固态材料d，半固态材料d从环形的外管出料口43 流出成管状半固态材料g；同时进料口11通材料a，使之以一定速率从内管出料口14流出，在管口与环形材料g内壁接触，进一步固化管状结构；
打印末了，喷头内部依然存在未完全反应的材料d，此时堵住第二入料口33，打开第一入料口32，以一定速率通清水，可以将腔室内的材料完全挤出，同时将喷头洗净。
洗净后的喷头可进行后续的操作：继续打印新的管状结构或拆卸清洗。
本申请的一个具体实施例中，材料a为4％氯化钙溶液，材料b为2％氯化钙溶液，材料c为2％海藻酸钠溶液，e为清水。以一定速率从分别从第二入料口 33和第三入料口42通入材料b和材料c，两者在外管内汇合，初步交联为半固体的d，d充满外管后流出管口。一段时间后以一定速率通入a，流经内管成为流体f，与d在管口汇合进一步交联成为固态凝胶中空管状结构g。
实验结束后从第一入料口32注入清水e，将中间套管及外管管腔内的残余半固体d均匀挤出喷头。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头，其特征在于包括内管（1）、防水密封圈（2）、中间套管（3）以及外管（4）；
内管（1）包括进料口（11）、与外部固定装置连接的第一螺纹（12）、对内管进行旋进旋出的六角螺母、与中间套管旋合连接的第二螺纹（13）以及内管出料口（14），进料口（11）到内管出料口（14）内部有一贯穿的通道，内管（1）竖直放置；
防水密封圈（2）套在内管（1）上，间隙配合，防水密封圈（2）上表面紧贴六角螺母，下表面紧贴中间套管（3）；
中间套管包括圆环形腔体、第一入料口（32）、第二入料口（33）、弧形导管以及导流板（35）；第一入料口（32）、第二入料口（33）分别通过弧形导管与圆环形腔体连通；导流板（35）均匀布置在圆环形腔体内；圆环形腔体内圆环上设有用于与内管第二螺纹连接的第一内螺纹（34）；圆环形腔体下部设有一内部呈空腔的环形凸出部；环形凸出部外表面设有用于与外管旋合连接的外螺纹（31），环形凸出部与圆环形腔体连通，且环形凸出部底部设有环形出口；环形出口与外管内部通道相通；
外管（4）包括与中间套管连接的第二内螺纹（41）、设置在外管（4）侧壁的第三入料口（42）、对外管进行旋进旋出的六角螺母以及外管出料口（43）；内管（1）设置在外管（4）内，底部与外管（4）底部相齐平。
2.根据权利要求1所述的一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头，其特征在于所述的防水密封圈（2）为聚四氟乙烯防水密封圈（2）。
3.根据权利要求1所述的一种新型挤出式生物3D打印同轴喷头，其特征在于所述的内管（1）、防水密封圈（2）、中间套管（3）以及外管（4）共用同一中心线。
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