KR102217278B1 - Chamber environmental control system for bio 3d printer and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 바이오 3차원 프린터 챔버의 멸균을 수행하고 내부 온도 및 습도 등의 환경을 조절하기 위한 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a chamber environment for a bio 3D printer, and more particularly, a chamber for a bio 3D printer for sterilizing a bio 3D printer chamber and controlling an environment such as internal temperature and humidity. It relates to an environmental control device and method.
3D 프린팅(3D printing) 기술의 응용 및 발전 분야인 3D 바이오프린팅(bioprinting)은 3D 프린트 기술을 기반으로 하여, 콜라겐과 같은 세포외기질(Extracellular Matrix: 이하 ECM) 또는 이를 모방한 바이오 잉크(bio-ink)를 세포 및 다른 바이오 재료(biomaterials)와 결합하여 원하는 형태를 만드는 기술이다. 현재 3D 바이오프린팅은 원하는 목적과 생물학적 환경에 맞추어 다양한 방법이 개발되고 있으며, 이와 더불어 다양한 바이오 잉크 역시 연구되고 있다.3D bioprinting, the field of application and development of 3D printing technology, is based on 3D printing technology, and is based on an extracellular matrix such as collagen (hereinafter referred to as ECM), or bio-ink that imitates it. It is a technology that combines ink) with cells and other biomaterials to create a desired shape. Currently, various methods for 3D bioprinting are being developed according to the desired purpose and biological environment, and various bio-inks are also being studied.
이러한 3D 바이오프린팅은 ECM 또는 바이오 잉크를 원하는 형태로 구성하고, ECM 또는 바이오 잉크에 필요한 세포를 배양하여 실제와 같은 기능을 갖는 생체 기관 또는 조직을 제작한다. 3D 바이오프린팅에서 가장 중요한 이슈 중 하나는 세포가 죽지 않고 지속적으로 기능할 수 있도록, 재료가 되는 세포 및 바이오 재료를 최대한 안정하게 보관하고 사용 가능하도록 하는 것이다.Such 3D bioprinting constructs an ECM or bio-ink into a desired shape, and cultivates cells required for the ECM or bio-ink to produce a living organ or tissue having the same function as in reality. One of the most important issues in 3D bioprinting is to ensure that cells and biomaterials used as materials are stored and used as stably as possible so that cells can function continuously without dying.
특허문헌 1(한국 등록특허 제10-2065474호)에는 다수의 노즐을 이용하여 세포와 ECM 또는 바이오잉크를 각각 다른 온도 및 압력으로 출력할 수 있도록 하는 3D 바이오프린터가 개시되어 있다.Patent Document 1 (Korean Patent Registration No. 10-2065474) discloses a 3D bioprinter capable of outputting cells and ECM or bio-ink at different temperatures and pressures using a plurality of nozzles.
특허문헌 1에는 각각의 바이오 재료가 토출되는 노즐부에 포함되어, 토출되는 바이오 재료의 온도를 조절하는 토출 온도 조절부가 개시되어 있다. 또한, 출력 및 보관 스테이지에 포함되어, 토출 후의 바이오 재료의 온도를 조절하는 온도조절 부재가 개시되어 있다.
또한, 바이오 3차원 프린터 챔버에 헤파 필터와 팬 등과 같은 공기 정화 수단이 설치되어 외부 공기의 유입 시에 케이스 내부의 오염을 방지하는데, 이에 따라 챔버 내부의 공기 순환이 발생한다.In addition, air purification means such as a HEPA filter and a fan are installed in the bio 3D printer chamber to prevent contamination inside the case when external air is introduced, thereby circulating air inside the chamber.
그러나, 특허문헌 1에는 멸균된 환경 안에서 생체조직의 출력이 가능하도록 프린팅 챔버 내에서 효율적으로 멸균을 수행하는 기술은 개시되어 있지 않다. 바이오 3차원 프린터 내에서는 공정을 수행하기 위해 제공되는 외부 공기 또는 프린팅 챔버의 개폐 등에 따라 오염물질이 내부로 유입되어 생체조직을 오염시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다.However,
한편, 특허문헌 1과 같은 종래의 바이오 3차원 프린터에 있어서는, 바이오 재료가 챔버 내부의 공기 순환의 영향을 받을 수밖에 없으므로, 챔버 내부의 온도 및 습도 등의 환경을 적절하게 맞추어 주는 것이 중요하다.On the other hand, in the conventional bio 3D printer as in
그러나, 특허문헌 1에서와 같이 노즐부 및 출력 및 보관 스테이지의 온도를 조절하는 구성만으로는 챔버 내부의 온도 및 습도 등의 환경을 조절하기는 어려우므로, 바이오 재료의 생존성과 안정성을 높이는 데에는 한계가 있다.However, it is difficult to control the environment such as temperature and humidity inside the chamber with only the configuration of controlling the temperature of the nozzle unit and the output and storage stage as in
본 발명의 목적은 멸균된 환경 안에서 생체조직의 출력이 가능하도록 하여 바이오 재료의 생존성과 안정성을 높일 수 있는 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.An object of the present invention relates to an apparatus and method for controlling a chamber environment for a bio 3D printer capable of increasing the viability and stability of biomaterials by enabling the output of biological tissues in a sterilized environment.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면은 측벽들을 포함하는 벽면들에 의해 프린팅이 수행되는 내부 공간이 정의되며, 상기 측벽을 관통하여 형성되는 H2O2 투입구 및 H2O2 배기구를 구비하는 프린팅 챔버에 적용되는 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 상기 프린팅 챔버의 온도를 조절하기 위한 히터를 구비하는 온도 조절부; H2O2가 저장되는 H2O2 탱크, 상기 H2O2 탱크로부터 상기 H2O2 투입구로 H2O2를 유입시키기 위한 제1 펌프와, 상기 프린팅 챔버 내부의 공기를 H2O2 배기구를 통해 상기 프린팅 챔버 외부로 배기시키기 위한 제2 펌프를 포함하는 복수개의 펌프를 구비하는 멸균부; 및 상기 프린팅 챔버의 내부 압력이 상기 프린팅 챔버의 외부 압력보다 낮은 제1 압력과, 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력 사이에서 변화하도록 상기 각각의 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.In the first aspect of the present invention for solving the above problems, an internal space in which printing is performed is defined by wall surfaces including side walls, and an H 2 O 2 inlet and an H 2 O 2 exhaust port formed through the side walls It relates to a chamber environment control apparatus for a bio 3D printer applied to the printing chamber having a. The apparatus may include a temperature controller including a heater for controlling a temperature of the printing chamber; A H 2 O 2 tank in which H 2 O 2 is stored, a first pump for introducing H 2 O 2 from the H 2 O 2 tank to the H 2 O 2 inlet, and the air inside the printing chamber is H 2 O 2 a sterilization unit having a plurality of pumps including a second pump for exhausting to the outside of the printing chamber through an exhaust port; And a control unit for controlling the operation of each of the pumps so that the internal pressure of the printing chamber varies between a first pressure lower than an external pressure of the printing chamber and a second pressure higher than the first pressure.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 압력은 75 내지 80mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되며, 상기 제2 압력은 30 내지 40mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first pressure may be formed at a vacuum pressure having a vacuum degree of 75 to 80 mmHg, and the second pressure may be formed at a vacuum pressure having a vacuum degree of 30 to 40 mmHg.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 프린팅 챔버의 내부 압력이 상기 제1 압력과 상기 제2 압력으로 설정된 횟수만큼 교대로 형성되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may allow the internal pressure of the printing chamber to be alternately formed a number of times set as the first pressure and the second pressure.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 설정된 횟수는 20 내지 30회일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the set number may be 20 to 30 times.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 H2O2 탱크에 저장되는 H2O2는 수용액 상태이며, 상기 멸균부는, 상기 H2O2 탱크와 상기 프린팅 챔버 사이에 배치되며, 상기 H2O2 탱크로부터 유입되는 H2O2 수용액을 기화시키는 기화기를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the invention, the H 2 O 2 and H 2 O 2 that is stored in the tank is an aqueous solution, the sterilization unit is disposed between the printing chamber and the H 2 O 2 tank, the H 2 O 2 It may include a vaporizer for vaporizing the H 2 O 2 aqueous solution introduced from the tank.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 멸균부는, 상기 프린팅 챔버로부터 배기되는 H2O2를 정화 촉매를 이용하여 분해하기 위한 촉매 반응기를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sterilization unit may further include a catalytic reactor for decomposing H 2 O 2 exhausted from the printing chamber using a purification catalyst.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 프린팅 챔버 외부로 배기되는 H2O2의 유동 경로는 H2O2가 상기 프린팅 챔버로 되돌아오는 제1 경로, 및 H2O2가 대기로 배출되는 제2 경로를 포함하며, 상기 제어부는 밸브를 제어하여, 상기 제1 경로를 통해 상기 촉매 반응기와 상기 프린팅 챔버 사이에서 H2O2가 순환하며 제거되거나, 또는 상기 제2 경로를 통해 상기 H2O2가 대기로 배출되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the invention, the second being the flow path for the H 2 O 2 to be discharged outside the printing chamber is a first path, and H 2 O 2 is H 2 O 2 returns to the printing chamber to the atmosphere Including a path, and the control unit controls the valve to circulate and remove H 2 O 2 between the catalytic reactor and the printing chamber through the first path, or the H 2 O 2 through the second path. Can be released into the atmosphere.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 멸균부는, O3를 생성하여 상기 프린팅 챔버 내부로 유입시키기 위한 플라즈마 발생기를 구비할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sterilization unit may include a plasma generator for generating O 3 and introducing it into the printing chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, CO2가 저장되는 CO2 탱크, 상기 CO2 탱크로부터 CO2를 투입하고 상기 프린팅 챔버로부터 CO2를 포함하는 내부 공기를 배기하기 위하여 상기 프린팅 챔버에 각각 형성되는 CO2 투입구 및 CO2 밸런스 조절부, 및 CO2의 유입 경로상에 배치되는 레귤레이터를 구비하는 CO2 조절부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 레귤레이터의 작동을 제어하여 CO2의 유입량을 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a CO 2 tank in which CO 2 is stored, CO 2 formed in each of the printing chambers in order to inject CO 2 from the CO 2 tank and exhaust internal air containing CO 2 from the printing chamber. 2 The inlet and the CO 2 balance control unit, and a CO 2 control unit having a regulator disposed on the inlet path of the CO 2 further includes, the control unit may control the operation of the regulator to control the inflow of CO 2 .
본 발명의 제1 측면은 측벽들을 포함하는 벽면들에 의해 프린팅이 수행되는 내부 공간이 정의되는 프린팅 챔버에 적용되며, 온도 조절부 및 멸균부를 포함하는 챔버 환경 제어 장치에 의해 수행되는 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, (a) 상기 프린팅 챔버 내부 온도를 조절하는 단계; (b) 상기 프린팅 챔버의 내부 압력을 상기 프린팅 챔버의 외부 압력보다 낮은 제1 압력으로 형성하는 단계; (c) 상기 프린팅 챔버의 내부 압력을 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력으로 변화시키는 단계; 및 (d) 상기 프린팅 챔버 내부에 잔존하는 H2O2를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The first aspect of the present invention is applied to a printing chamber in which an inner space in which printing is performed is defined by wall surfaces including sidewalls, and a bio 3D printer performed by a chamber environment control device including a temperature control unit and a sterilization unit It relates to a chamber environment control method. The method includes the steps of: (a) adjusting the temperature inside the printing chamber; (b) forming the internal pressure of the printing chamber to a first pressure lower than the external pressure of the printing chamber; (c) changing the internal pressure of the printing chamber to a second pressure higher than the first pressure; And (d) removing H 2 O 2 remaining in the printing chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계를 미리 설정된 횟수만큼 교대로 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, step (b) and step (c) may be alternately performed a preset number of times.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 (d) 단계는 상기 프린팅 챔버 내부의 H2O2를 배기하고 다시 프린팅 챔버로 되돌아오도록 H2O2를 순환시키며, 상기 배기되는 H2O2를 정화 촉매를 이용하여 제거하는 단계; 및 플라즈마 발생기를 통해 O3를 생성하고, 상기 생성된 O3를 이용하여 상기 프린팅 챔버 내부에 잔존하는 H2O2를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (d) exhausts H 2 O 2 inside the printing chamber and circulates H 2 O 2 to return to the printing chamber, and purifies the exhausted H 2 O 2 as a catalyst. Removing by using; And generating O 3 through a plasma generator, and removing H 2 O 2 remaining in the printing chamber by using the generated O 3 .
본 발명에 따르면, 바이오 3차원 프린터에서 생체 조직의 출력 전에 프린팅 챔버 내부에 H2O2 기화 가스를 이용하여 멸균을 수행함으로써, 출력되는 생체 조직의 안정성을 확보할 수 있다.According to the present invention, by performing sterilization using H 2 O 2 vaporized gas inside the printing chamber before printing the biological tissue in the bio 3D printer, stability of the printed biological tissue can be ensured.
또한, 본 발명에 의하면, 바이오 3차원 프린터 챔버 내에서 생체 조직의 출력 후에 논 스톱 방식으로 온도, 습도, 및 CO2를 최적으로 조절하여 인큐베이팅 가능하므로, 바이오 프린팅 후 즉시 세포의 배양이 가능하게 된다.In addition, according to the present invention, since it is possible to incubate by optimally controlling temperature, humidity, and CO 2 in a non-stop method after printing the biological tissue in the bio 3D printer chamber, it is possible to culture cells immediately after bio-printing. .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치가 적용되는 바이오 3차원 프린터의 외부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 챔버에 적용되는 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치의 각 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 프린팅 챔버의 내부 절개도이다.
도 4는 도 2의 프린팅 챔버의 내부 단면도이다.
도 5는 도 2의 프린팅 챔버의 하부 절개도이다.
도 6은 도 2의 프린팅 챔버의 바닥면 아래 공간을 나타낸 절개도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멸균을 수행하기 위한 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법의 각 단계를 나타낸 순서도이다.1 is an external perspective view of a bio 3D printer to which an apparatus for controlling a chamber environment for a bio 3D printer according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a view showing each configuration of a chamber environment control apparatus for a bio 3D printer applied to a printing chamber according to an embodiment of the present invention.
3 is an inner cutaway view of the printing chamber of FIG. 2.
4 is an inner cross-sectional view of the printing chamber of FIG. 2.
5 is a bottom cut-away view of the printing chamber of FIG. 2.
6 is a cut-away view showing a space under the bottom surface of the printing chamber of FIG. 2.
7 is a flow chart showing each step of the chamber environment control method for a bio 3D printer for performing sterilization according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the implementation of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as matters apparent to those skilled in the art with respect to known functions related to the present invention, a detailed description thereof is omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치가 적용되는 바이오 3차원 프린터의 외부 사시도이다.1 is an external perspective view of a bio 3D printer to which an apparatus for controlling a chamber environment for a bio 3D printer according to an embodiment of the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 바이오 3차원 프린터는 외부를 둘러싸는 케이스(10)를 포함하고, 케이스(10) 내부에 프린팅 챔버(100)가 배치된다. 케이스(10)의 전면에는 케이스 도어(12)가 설치된다. 케이스 도어(12)에는 내부의 프린팅 챔버(100)를 외부에서 관찰할 수 있는 외부 투명창(14)이 구비된다.Referring to FIG. 1, the bio 3D printer includes a
프린팅 챔버(100)는 케이스(10)의 내부에 수납되며, 프린팅 챔버(100)의 전면에는 케이스 도어(12)에 대응하는 위치에 내부 투명창(112)을 구비한 챔버 도어(110)가 설치된다.The
본 발명의 실시예에 따르면, 바이오 3차원 프린터는 케이스 도어(12) 및 챔버 도어(110)를 구비한 이중 도어 방식을 채택함으로써, 프린팅 챔버(100) 내부를 외부로부터 격리하여 밀폐하는 데 유리하다.According to an embodiment of the present invention, the bio 3D printer adopts a double door method including a
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 챔버에 적용되는 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치의 각 구성을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 프린팅 챔버의 내부 절개도이다. 도 4는 도 2의 프린팅 챔버의 내부 단면도이다.2 is a view showing each configuration of a chamber environment control apparatus for a bio 3D printer applied to a printing chamber according to an embodiment of the present invention. 3 is an inner cutaway view of the printing chamber of FIG. 2. 4 is an inner cross-sectional view of the printing chamber of FIG. 2.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 프린팅 챔버(100)는 벽면들, 즉 바닥면(101), 상측면(104), 측벽들(109)에 의해 둘러싸인 내부 공간을 포함한다. 프린팅 챔버(100)의 내부 공간은 외부로부터 격리되어 밀폐 가능하게 형성된다. 프린팅 챔버(100)의 측벽(109) 외부에는, 측벽(109)과 이격되어 케이싱 벽(106)이 형성된다. 케이싱 벽(106)은 적어도 부분적으로 프린팅 챔버(100)의 측벽(109)을 둘러싸도록 형성된다.2 to 4, the
측벽(109)과 케이싱 벽(106) 사이의 공간에는 후술하는 워터자켓(220)이 형성된다. 또한, 일측으로 위치하는 측벽(109)과 케이스 벽(106) 사이의 공간은 에어 가이드부(320)가 지나는 경로가 된다. 케이스 벽(106)은, 챔버 도어(110)가 설치되는 측의 좌우에 해당하는 서로 대향하는 측벽(109) 및 후측으로 위치하는 측벽(109) 일부를 따라 형성된다. A
본 발명의 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치는 프린팅 챔버(100)에 구비되는 온도 조절부, 공기 순환부, 습도 조절부, CO2 조절부, 및 멸균부를 포함할 수 있다.The chamber environment control device for a bio 3D printer of the present invention may include a temperature control unit, an air circulation unit, a humidity control unit, a CO 2 control unit, and a sterilization unit provided in the
온도 조절부는 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 조절하기 위한 히터(210)를 구비한다. 프린팅 챔버의 측벽(109)과 케이스 벽(106) 사이의 공간은 물이 수용되는 워터 자켓(220)을 형성하며, 히터(210)는 워터 자켓(220) 내부의 물을 가열하는 방식으로 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 조절할 수 있다. The temperature controller includes a
히터(210)는 플레이트 형상으로 형성되어 프린팅 챔버(100)의 케이싱벽(106) 외측에 설치된다. The
프린팅 챔버(100)가 케이싱 벽(106) 및 워터 자켓(220)을 구비하지 않는 경우 히터(210)는 측벽(109)에 부착되어 측벽(109)을 직접 가열하는 방식으로 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 조절한다. When the
본 발명의 실시예에 의하면, 히터(210)는 워터 자켓(220) 내부의 물을 가열하여 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 조절할 수 있도록 함으로써, 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 일정하게 형성하는 데 유리할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
제어부(900)는 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 감지하는 온도 센서(240)로부터 센싱값을 입력받아 히터(210)의 온/오프를 제어할 수 있다.The
공기 순환부는 에어 가이드부(320)를 포함한다. 에어 가이드부(320)는, 프린팅 챔버(100)의 일측 측벽을 따라 연장되며 유입구(324)를 통해 유입되는 공기가 내부 경로로 유동하여 토출구(322)를 통해 프린팅 챔버(100)의 내부 공간으로 토출되도록 형성된다. 또한, 공기 순환부는 프린팅 챔버(100)에 제공되는 필터(340)에 의해 필터링되는 공기를 에어 가이드부(320)의 유입구로 순환시키기 위한 순환 팬(310)을 구비한다.The air circulation unit includes an
프린팅 챔버(100)의 케이싱벽(106)과 프린팅 챔버(100)의 측벽(109) 사이에는 워터 자켓(220)과 에어 가이드부(320)가 배치된다. 워터 자켓(220)은 에어 가이드부(320) 측의 측벽(109)과의 사이에서 에어 가이드부(320)를 감싸도록 형성될 수 있다. 일측 워터 자켓(220) 및 에어 가이드부(320)는 측벽(109)을 따라 서로 인접하여 연장된다.A
일측 워터 자켓(220)과 프린팅 챔버(100)의 측벽(109) 사이에는 에어 가이드부(320)의 공기 순환 경로를 정의하기 위한 가이드벽(105)이 측벽(109)으로부터 연장 형성될 수 있다.A
가이드벽(105)은 대응하는 측벽(109)의 폭보다 더 작은 폭으로 형성되며, 상기 측벽(109)과의 사이에서 에어 가이드부(320) 내부의 공기 순환 경로를 형성한다.The
상기 공기 순환 경로는 측벽(109)을 일측 변으로 하고, 가이드벽(105)을 나머지 변들로 하는 직사각형 단면을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 워터 자켓(220)은 가이드벽(105)의 경계에 맞닿도록 'ㄷ'자 형상으로 형성될 수 있다.The air circulation path may be formed in a shape having a rectangular cross-section with the
히터(210)가 워터 자켓(220)을 통해 에어 가이드부(320) 내부 공기에 열을 전달함으로써, 프린팅 챔버(100) 내부로 열이 보다 균일하게 전달될 수 있다. 또한, 워터 자켓(220)이 에어 가이드부(320)를 감싸도록 형성되어, 에어 가이드부(320) 내부 공기로의 효율적인 열전달이 가능해진다.Since the
이러한 에어 가이드부(320)의 배치는 프린팅 챔버(100)의 온도 조절에 보다 유리하다. 본 발명에 따르면, ±0.5℃ 이내의 온도 균등성 및 온도 변동성을 달성할 수 있다.The arrangement of the
프린팅 챔버(100)의 내부 공간은 순환 팬(310) 하부의 필터(340)가 배치되는 제1 공간(P1), 및 제1 공간(P1)의 측면에 형성되는 제2 공간(P2)으로 구분될 수 있다. 제2 공간(P2)는 제1 공간(P1)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.The inner space of the
제1 공간(P1)은 에어 가이드부(320) 측의 프린팅 챔버(100)의 측벽(109)을 일 측벽으로 하는 공간이며, 제2 공간(P2)은 에어 가이드부(320)와 대향하는 측의 프린팅 챔버(100)의 측벽(109)을 일 측벽으로 하는 공간으로 형성된다.The first space P1 is a space having a
제1 공간(P1)에는 스캐폴드, 약제 구조물, 틀 구조물 등 구조물을 형성하기 위한 고체 상태의 바이오 재료를 출력하기 위한 제1 출력모듈(1)이 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 출력모듈(1)로는 필라멘트를 출력하는 익스트루더 모듈, 약제 또는 과립 형태의 폴리머 소재를 내부에 담아놓고 고열로 멜팅하여 공압으로 출력하는 멜팅 고압 사출기인 핫멜팅 모듈 등이 채택될 수 있다.In the first space P1, a
제2 공간(P2)에는 바이오 재료가 담긴 시린지(21)가 장착된 출력유닛(20)을 포함하고, 유체 상태의 바이오 재료를 출력하기 위한 제2 출력모듈(2)이 제공될 수 있다. 제2 출력모듈(2)에는 약 5개의 출력유닛(20)이 포함될 수 있으며, 예를 들어 1개의 출력유닛은 출력 상태로 설정되며, 그 외의 4개의 출력유닛은 대기 상태로 설정될 수 있다.The second space P2 includes an
제1 공간(P1)과 제2 공간(P2) 경계의 연장선상에, 제2 공간(P2)의 상측면(104)에서 제1 공간(P1)의 상측면(104)으로 연장되는 수직연장면(107)이 형성될 수 있다. 제1 공간(P1)의 상측면(104)은 수직연장면(107)의 상단부로부터 수평으로 제1 공간(P1)의 측벽(109)을 향해 연장된다.A vertically extending surface extending from the
제1 공간(P1)의 상측면(104) 상부에는 가이드 커버(321)의 일측이 상측면(104)으로부터 연장되고 타측이 가이드벽(105)으로부터 연장되며, 순환 팬(310)이 수납되는 내부 공간이 형성될 수 있다. 순환 팬(310)은 프린팅 챔버(100)의 외부에 부착된 모터(311)에 의해 회전하며 프린팅 챔버(100) 내부에 공기 흐름을 발생시킬 수 있다.In the upper side of the
제1 공간(P1)의 상측면(104) 하부에는 순환 팬(310)으로 도달하기 전의 공기를 필터링하는 필터(340)가 배치된다. 필터(340)는 필터 하우징(342) 내부에 설치되고, 필터 하우징(342)는 유입구(324)에 탈착 가능하게 장착된다. 이를 통해 필터(340)를 용이하게 교체할 수 있다. 필터(340)는 예를 들어 헤파 필터 또는 울파 필터일 수 있다. 필터(340)는 프린팅 챔버(100)의 내부로부터 순환 팬(310)에 의해 유입되는 공기에 포함된 오염물질을 제거할 수 있으며, 예를 들어 0.3 마이크로미터 입자 포집률 99.975%(H14등급)으로 필터링하여 챔버 내 파티클을 청정하게 유지할 수 있다.A
제1 공간(P1)의 상측면(104)은 수직연장면(107)과 대향하는 프린팅 챔버(100)의 측벽(109)을 향해 단부가 측벽(109)과 이격되도록 연장된다. 이에 따라, 측벽(109)과의 사이에서 에어 가이드부(320)의 가이드 커버(321) 내측 공간이 에어 가이드부(320)의 가이드벽(105) 내측 공간과 연결되며 에어 가이드부(320)의 공기 순환 공간을 형성한다.The
순환 팬(310)을 거쳐 순환되는 공기는 에어 가이드부(320)를 통해 제1 공간(P1)의 상측면(104)의 상부 공간에서 측벽(109) 하부로 연장되는 경로로 순환한다. 이때, 상술한 바와 같이, 에어 가이드부(320)를 지나는 공기는 워터 자켓(220)의 내측을 지나면서 적정 온도로 가열될 수 있다.The air circulated through the
도 5는 도 2의 프린팅 챔버의 하부 절개도이다.5 is a bottom cut-away view of the printing chamber of FIG. 2.
도 5을 참조하면, 에어 가이드부(320)는 내부로 순환하는 공기를 프린팅 챔버(100)의 내부 공간으로 토출하기 위한 토출구(322)를 가질 수 있다. 습도 조절부는 에어 가이드부(320)의 토출구(322) 측에 제공되고 물을 수용하는 트레이(410)를 구비하여 프린팅 챔버(100) 내부의 습도를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
에어 가이드부(320)의 토출구(322)는 에어 가이드부(320) 측, 즉 제1 공간(P1)의 측벽(109)과 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101) 사이에 형성될 수 있다. 제1 공간(P1)의 측벽(109)은 일측이 제1 공간(P1)의 상측면(104)으로부터 연장되며, 타측의 일부가 제1 공간(P1)의 바닥면(101)으로 연장될 수 있다. 바닥면으로 연장되지 않는 제1 공간(P1)의 측벽(109)의 다른 일부는 바닥면(101)과의 사이에서 토출구(322)를 형성할 수 있다.The
토출구(322)를 통하여 제1 공간(P1)의 내부 공간은 프린팅 챔버(100)의 내부 공간과 연결되며, 에어 가이드부(320)를 흐르는 공기는 토출구(322)를 통하여 프린팅 챔버(100) 내측 공간으로 순환될 수 있다. 상세하게는, 제1 공간(P1) 상부의 순환 팬(310)으로 흡입되어 에어 가이드부(320)를 통해 순환하는 공기는 제1 공간(P1) 하부의 토출구(322)를 통해 프린팅 챔버(100) 내부로 유입되어 순환된다.The inner space of the first space P1 through the
트레이(410)는 에어 가이드부(320)의 토출구(322) 측에 제공되어 공기 순환부의 공기 순환을 이용하여 프린팅 챔버 내부의 습도를 조절할 수 있도록 구성된다. 트레이(410)는 제1 공간((P1)의 바닥면에 배치되어 상부가 개구된 함체 형상으로 형성될 수 있다.The
트레이(410)는 토출구(322)를 통하여 에어 가이드부(320) 내부에 부분적으로 삽입되도록 배치된다. 즉, 트레이(410)의 일부는 에어 가이드부(320) 내부에, 다른 일부는 프린팅 챔버(100) 내부에 배치된다. 즉, 트레이(410)는 토출구(322)를 형성하는 제1 공간(P1)의 측벽(109) 아래에 놓일 수 있다. 이에 따라, 토출구(322)를 통과하면서 순환하면서 프린팅 챔버(100) 내측 공간으로 도입되는 순환 공기에 의해 트레이(410)에 수용된 수분의 증발 및 확산이 효율적으로 유도될 수 있다.The
본 발명에서는 프린팅 챔버 내부로 순환하는 가열된 공기를 이용하여 습도를 효율적으로 증가시킬 수 있다. 즉, 온도와 습도를 조절하기 위한 구성을 공기의 대류를 통해 상호 연동시킬 수 있다.In the present invention, it is possible to increase the humidity efficiently by using the heated air circulating inside the printing chamber. That is, a configuration for controlling temperature and humidity may be interlocked through convection of air.
본 발명의 실시예에 따르면, 습도 조절부는 트레이(410)의 하부에 배치되어 트레이(410)에 수용된 물을 가열하는 가습 보조 히터(420)를 포함할 수 있다. 가습 보조 히터(420)는 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101) 아래 공간에 배치될 수 있다. 이를 통해, 가습 보조 히터(420)로의 전원선 및 제어선 등과 같은 케이블이 프린팅 챔버(100) 외부에서 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the humidity control unit may include a humidification
프린팅 챔버(100)에는 내부의 습도를 감지할 수 있는 습도 센서(430)를 포함한다. 가습 보조 히터(420)는 습도 센서(430)의 센싱 신호를 제공받는 제어부(900)에 의해 제어된다. 가습 보조 히터(420)는 트레이(410)에 수용된 물을 가열하며 증발을 가속화시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 챔버 내부의 초기 상대 습도를 단 시간 내에 80%RH 이상으로 도달시킬 수 있으며, 93%RH 이내에서 습도를 조절할 수 있다.The
CO2 조절부는 CO2 가스가 저장되는 CO2 탱크(510), 프린팅 챔버(100)에 형성되며 CO2 탱크(510)로부터 프린팅 챔버(100) 내부로 CO2 가스가 투입되는 CO2 가스 투입구(521)와, 프린팅 챔버(100) 내부의 공기를 프린팅 챔버(100) 외부로 배기하는 CO2 밸런스 조절구(522), 및 CO2 가스의 유입 경로상에 배치되는 레귤레이터(531)를 구비한다. 또한, CO2 조절부는 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 농도를 센싱하기 위한 CO2 센서(540)를 구비한다. CO2 센서(540)는 IR 타입 센서일 수 있으며 주기적으로 챔버 내부의 CO2 농도를 센싱한다. CO2 탱크(510)는 프린팅 챔버(100) 외부에 배치되며 CO2 가스 투입구(521)에 연결된 관을 통해 프린팅 챔버(100) 내부에 CO2 가스를 공급한다. CO 2 control portion CO 2 gas is formed to store CO 2 tank 510, a
제어부(900)는 레귤레이터(531)의 작동을 제어하여 CO2 센서(540)로부터 입력받은 센싱값에 따라 CO2 가스의 유입량을 조절할 수 있다. 제어부(900)는 레귤레이터(531)를 통해 CO2 가스의 유입량을 조절함으로써 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 농도가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.The
CO2 가스 투입구(521) 및 CO2 밸런스 조절구(522)는 순환 팬(310)이 배치되는 제1 공간(P1) 측의 프린팅 챔버(100)의 상측면(104)에 관통 형성될 수 있다. CO2 가스는 CO2 탱크(510)로부터 CO2 가스 투입구(521)로 투입되며, CO2 밸런스 조절구(522)를 통하여 챔버(100) 내부 공기가 외부로 배기됨으로써, 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 농도가 조절될 수 있다. CO2 가스 투입구(521)를 통해 CO2 가스가 투입되면서 프린팅 챔버(100) 내부 압력은 외부에 비하여 높은 압력이 형성되는데, 밸브(532)를 통하여 CO2 밸런스 조절구(522)의 개폐를 조절함으로써 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 가스가 포함된 공기를 외부로 자연스럽게 배기할 수 있다.The CO 2 gas inlet 521 and the CO 2
레귤레이터(531)는 CO2 탱크(510)와 CO2 투입구(521) 사이에 연장되는 경로 상에 제공될 수 있으며, 프린팅 챔버(100) 내부로 유입되는 CO2 가스의 압력을 조절할 수 있다.The
또한, 제어부(900)는 CO2 가스의 순환 경로상에 배치되는 레귤레이터(531) 및 밸브(532)의 작동을 제어하여 CO2 가스의 유입 및 배기량을 조절할 수 있다. 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 농도가 설정값보다 높으면 밸브(532)를 개방하여 프린팅 챔버(100) 내부의 공기를 자연스럽게 외부로 배기하는 동시에, 상술한 바와 같이 레귤레이터(531)를 통해 프린팅 챔버(100) 내부로 유입되는 CO2 가스의 압력을 조절하면서 프린팅 챔버(100) 내부의 CO2 가스 농도를 조절할 수 있다. 본 발명에 따르면, 3 내지 5%의 CO2 농도가 유지되며, ±0.1% 이내의 CO2 농도 정확도를 달성할 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따르면, 공기 순환부는 에어 가이드부(320)와 대향하는 측의 측벽(109), 즉, 제2 공간(P2)의 측벽(109)에 구비되는 보조 순환팬(330)을 더 포함할 수 있다. 보조 순환팬(330)은 제2 공간(P2)의 프린팅 챔버(100)의 측벽(109) 하단에 부착될 수 있다. 보조 순환팬(330)은 제1 공간(P1) 측을 향하여 배향되며, 공기를 분출하여 제2 공간(P2)에 먼저 대류를 발생시킨다. 보조 순환팬(330)은 1500 ~ 2500rpm으로 동작시켜, 풍량 0.15 ~ 0.2 m3/min, 풍압 1.3 ~ 2mm-H2O의 대류를 제2 공간(P2)에 발생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the air circulation unit includes an
즉, 보조 순환팬(330)은 에어 가이드부(320)의 토출구로 배출되어 제1 공간(P1)을 지나 제2 공간(P2)으로 순환하는 공기를 다시 제1 공간(P1) 측으로 원형 순환시킨다. 이에 따라, 프린팅 챔버(100) 내부의 제2 공간(P2)에서 발생할 수 있는 결로 현상을 최소화함과 동시에, 제2 공간(P2)을 지나는 공기의 내부 순환을 촉진시킬 수 있다.That is, the
도 6은 도 2의 프린팅 챔버의 바닥면 아래 공간을 나타낸 절개도이다.6 is a cut-away view showing a space under the bottom surface of the printing chamber of FIG. 2.
도 6을 참조하면, 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101)에는 바닥면 개구(120)가 형성되고, 바닥면 개구(120) 상에 베드(130)가 배치된다. 베드(130)는 바닥면 개구(102)에 의해 허용되는 이동 영역 내에서 움직인다. 베드(130)의 상면은, 출력물이 출력되는 출력용 플레이트(131)가 정해진 위치에 고정될 수 있도록 형성된다.Referring to FIG. 6, a bottom surface opening 120 is formed in the
베드(130)는 프린팅 챔버(100) 하부에 설치된 수평 이동 유닛(132)에 연결된다. 수평 이동 유닛(132)은, 베드(130)에 연결되어 베드(130)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된다. 베드(130)의 하부 부분은 수평 이동 유닛(132)에 고정된다. 본 명세서에서 베드(130)는 프린팅 챔버 내부에 배치되어 출력용 플레이트(131)가 결합되는 부분과, 수평 이동 유닛(132)과 연결되는 하부 부분을 모두 포함한다.The
실시예에 따르면 베드(130)의 하부 부분과 바닥면 개구(120) 내주면 사이에 벨로우즈(810)가 설치된다. 벨로우즈(810)의 중심 홀 상에 베드(130)가 배치되고, 하부 부분이 중심 홀을 통해 벨로우즈(810)의 하부로 연장되어 수평 이동 유닛(132)에 연결된다. 중심 홀의 주면이 베드(130)의 하부 부분과 밀폐가능하게 고정된다. 이로 인해, 벨로우즈(810)는 베드(130)와 바닥면 개구(120) 내주면 사이의 공간을 덮으며, 프린팅 챔버(100) 내부를 프린팅 챔버(100)의 아래 공간으로부터 격리한다.According to the embodiment, a bellows 810 is installed between the lower part of the
벨로우즈(810)는 신축성으로 인해 변형되므로 베드(130)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하는 것을 허용하는 동시에, 벨로우즈(810)의 상부 및 하부 사이에서 이물질의 이동이 차단된다. 이에 따라, 수평 이동 유닛(132)의 동작시 발생하는 파티클 또는 외부 오염 물질이 바닥면 개구(120)를 통해 유입되는 것을 방지할 수 있다.Since the
실시예에 따르면, 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101) 아래 공간에는, 상기 프린팅 챔버(100) 내부와 상기 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101) 아래 공간의 온도차를 저감시키기 위한 팬히터(700)가 구비될 수 있다. 팬히터(700)는 예를 들어 열기를 공급하는 PTC 팬히터일 수 있으며, 프린팅 챔버(100) 바닥면(101) 아래 공간에 형성되는 일 측벽에 부착될 수 있으나, 팬히터(700)의 종류 또는 위치는 임의로 정해질 수 있다.According to the embodiment, in a space under the
벨로우즈(810)는 백금 도장될 수 있다. 벨로우즈(810)는 실리콘과 같은 유연성 소재로 형성되는 데, 점착성으로 인해 이물질이 부착될 우려가 있다. 백금 도장은 벨로우즈(810)은 점착성을 해소시켜, 벨로우즈(810)에 이물질 및 세균이 부착하는 것을 방지하며, 벨로우즈의 표면 장력을 높여주어 챔버 내부 압력 변화에 따라 벨로우즈가 쉽게 손상되는 것을 방지할 수 있다. 백금의 항균 및 살균 성능은 프린팅 챔버 내부의 멸균 환경을 형성하는 데 유리하게 작용한다. The
제어부(900)는 프린팅 챔버(100) 내부의 온도를 감지하는 온도 센서(240)로부터 센싱값을 입력받아 팬히터(700)의 온/오프를 제어할 수 있다. 고온다습한 프린팅 챔버(100) 내부와 그렇지 않은 프린팅 챔버(100) 외부가 얇은 벨로우즈(810) 하나로 구분되어 있다. 따라서 프린팅 챔버(100) 내부와 하부의 온도차가 커지는 경우, 프린팅 챔버(100) 내부와 외부의 온도 차이에 의한 결로 현상이 발생되어 챔버 내부에 결로수가 형성된다. 제어부(900)는 프린팅 챔버(100) 내부의 온도가 설정값 이상인 경우, 팬 히터(700)를 동작하여 프린팅 챔버(100) 하부 공간의 온도를 상승시킴으로써, 온도 차가 해소되도록 한다. 예를 들어, 팬히터(700)는 프린팅 챔버(100)의 바닥면(101) 아래 공간의 온도가 37℃로 되도록 제어될 수 있다. 이를 통해, 벨로우즈(810)에 결로 현상이 생기는 것을 방지하고, 챔버(100) 내부에 배양중인 세포가 오염되어 실험 결과에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.The
한편, 프린팅 챔버(100)의 제2 공간(P2)에는 상측면 개구(140)가 형성될 수 있다. 상측면 개구(140)는 예를 들어 원형 단면을 갖는다. 상측면 개구(140)에는 제2 출력모듈(2)의 제2방향 이동을 위한 이동 유닛(820)이 장착될 수 있다. 이동 유닛(820)은 신축성이 있는 로터리 밀폐용 패킹(821)을 구비하며, 로터리 밀폐용 패킹은 프린팅 챔버(100)의 상측면 개구(140)에 끼워지며 상측면 개구(140)를 폐쇄할 수 있다.Meanwhile, an
벨로우즈(810) 및 로터리 밀폐용 패킹(821)은 프린팅 챔버(100)의 내부 공간을 밀폐하면서, 외부 환경의 영향으로부터 챔버 내부의 환경이 영향을 받지 않도록 한다.The
도 2 를 참조하면, 본 발명의 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 장치의 멸균부(600)는, H2O2가 저장되는 H2O2 탱크(610), H2O2 탱크(610)로부터 H2O2 투입구(621)로 H2O2를 유입시키기 위한 제1 펌프(631)와, 프린팅 챔버(100) 내부의 공기를 H2O2 배기구(622)를 통해 프린팅 챔버(100) 외부로 배기시키기 위한 제2 펌프(632)를 포함하는 복수개의 펌프를 구비한다. H2O2 탱크(610)는 프린팅 챔버(100) 외부에 배치되며 관을 통해 프린팅 챔버(100)와 연결된다.2, from the sterilizing
본 발명의 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치에 의하면, 온도 조절부는 멸균 온도 환경을 미리 설정된 온도로 조절한다. 온도 조절부는 멸균 작업 시에 프린팅 챔버(100) 내부 온도를 약 50℃ 내지 60℃로 형성한다.According to the chamber environment control apparatus for a bio 3D printer of the present invention, the temperature controller adjusts the sterilization temperature environment to a preset temperature. The temperature control unit forms the internal temperature of the
H2O2 투입구(621)는 프린팅 챔버(100)의 제2 공간(P2)의 측벽(109)에 관통 형성될 수 있다. H2O2 배기구(622)는 순환 팬(310)이 배치되는 제1 공간(P1) 측의 프린팅 챔버(100)의 상측면(104)에 관통 형성될 수 있다. H2O2 기화 가스를 포함하는 멸균 가스는 H2O2 탱크(610)로부터 H2O2 투입구(621)로 투입되며, H2O2 배기구(622)를 통하여 챔버(100) 내부 공기가 외부로 배출됨으로써, 멸균 작업 시의 프린팅 챔버(100) 내부의 압력이 조절된다. The H 2 O 2 inlet 621 may be formed through the
제어부(900)는 프린팅 챔버(100)의 내부 압력이 프린팅 챔버(100)의 외부 압력보다 낮은 제1 압력(VP1)과, 제1 압력(VP1)보다 높은 제2 압력(VP1) 사이에서 변화하도록 상기 각각의 펌프의 작동을 제어할 수 있다. 제1 압력(VP1)과 제2 압력(VP2)은 외부 대기압보다 낮은 진공 압력으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 제2 압력(VP2)은 제1 압력(VP1)보다 더 낮은 진공도를 갖는다.The
제1 압력(VP1)은 약 75 내지 80mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되며, 제2 압력(VP2)은 약 30 내지 40mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되는 것이 유리하다.It is advantageous that the first pressure VP1 is formed at a vacuum pressure having a vacuum degree of about 75 to 80 mmHg, and the second pressure VP2 is formed at a vacuum pressure having a vacuum degree of about 30 to 40 mmHg.
제어부(900)는 H2O2 탱크(610)와 프린팅 챔버(100) 사이에 배치되는 제1 펌프(631)를 통해 H2O2 탱크(610)의 H2O2를 프린팅 챔버(100)로 유입시켜 프린팅 챔버(100) 내부 압력을 높이고, 상기 프린팅 챔버(100)로부터 외부 대기 사이에 배치되는 제2 펌프(632)를 통해 H2O2 탱크(610)의 H2O2를 외부 대기로 배출시켜 프린팅 챔버(100) 내부 압력을 낮출 수 있다.Controller 900 H 2 O 2 tank 610 and the
이러한 방식으로, 제어부(600)는 프린팅 챔버(100)의 내부 압력이 제1 압력(VP1)과 제2 압력(VP1)으로 설정된 횟수만큼 교대로 형성되도록 할 수 있다. 상기 설정된 횟수는 20 내지 30회인 것이 유리하다.In this way, the
제어부(900)은 프린팅 챔버(100) 내부의 H2O2 압력을 측정하기 위하여 H2O2의 순환 경로상에 배치되는 압력 센서(미도시)로부터 센싱값을 입력받아 펌프의 작동을 제어할 수 있다. 제어부(900)는 각 펌프의 작동을 제어하여 H2O2의 유입 및 배기 정도를 조절할 수 있다.The
H2O2 탱크(610)에 저장되는 H2O2는 수용액 상태이며, 멸균부(600)는 H2O2 탱크(610)와 프린팅 챔버(100) 사이에 배치되며, H2O2 탱크(610)로부터 유입되는 H2O2 수용액을 기화시키는 기화기(611)를 포함할 수 있다.H 2 O 2 that is stored in the H 2 O 2 tank (610) is an aqueous solution, sterile water (600) is disposed between the H 2 O 2 tank 610 and the printing chamber (100), H 2 O 2 tank It may include a
상기 복수개의 펌프 중, 제1 펌프(631)는 기화기(611)와 프린팅 챔버(100) 사이에 배치된다. 기화기(611)를 통해 기화된 상태의 H2O2는 제1 펌프(631)를 통해 프린팅 챔버(100)로 유입된다. 제어부(900)는 제1 펌프(631)를 작동하여 프린팅 챔버(100) 내부로 H2O2 기화 가스를 주입시킨다.Among the plurality of pumps, the
상기 복수개의 펌프 중, 제2 펌프(632)는 제1 경로(A1) 상의 촉매 반응기(650)와 프린팅 챔버(100) 사이에 배치된다. 즉, 제2 펌프(632)는 H2O2가 촉매 반응기(650)를 거친 후, 프린팅 챔버(100)로 되돌아오는 제1 경로(A1) 상에 배치된다.Among the plurality of pumps, the
멸균부(600)는 프린팅 챔버(100)로부터 배기되는 H2O2의 유동 경로상에 배치되며 정화 촉매를 이용하여 H2O2를 분해하는 촉매 반응기(650)를 더 포함할 수 있다. 상기 H2O2 정화 촉매는 공지된 H2O2 가스를 분해하기 위한 금속 등의 임의의 촉매가 사용될 수 있다.The
프린팅 챔버(100) 외부로 배기되는 H2O2의 유동 경로는 H2O2가 프린팅 챔버(100)로 되돌아오는 제1 경로(A1), 및 H2O2가 대기로 배출되는 제2 경로(A2)를 포함한다.The flow path of the H 2 O 2 to be discharged outside the
제1 경로(A1)와 제2 경로(A2) 사이에는 제1 경로(A1)와 제2 경로(A2)를 스위칭하는 밸브(633)가 구비된다. 제어부는 밸브(633)를 제어하여 제1 경로(A1)를 통해 촉매 반응기(650)와 프린팅 챔버(100) 사이에서 H2O2가 순환하며 제거되거나, 또는 제2 경로(A2)를 통해 H2O2가 대기로 배출되도록 할 수 있다.A
멸균부(600)는 O3를 생성하여 프린팅 챔버(100) 내부로 유입시키기 위한 플라즈마 발생기(640)를 구비할 수 있다. 플라즈마 발생기(640)는 프린팅 챔버(100) 내부로 순환 경로를 형성하는 제1 경로(A1)에 연결될 수 있다. 제어부(900)는 플라즈마 발생기(640)를 작동하여, 플라즈마 발생기(640)에 의해 생성되는 O3가 프린팅 챔버(100) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 프린팅 챔버(100) 내부로 유입되는 O3는 H2O2와 반응하여 H2O2를 분해함으로써, 프린팅 챔버(100) 내부에 잔존하는 H2O2가 제거된다.The
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멸균을 수행하기 위한 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법의 각 단계를 나타낸 순서도이다.7 is a flow chart showing each step of the chamber environment control method for a bio 3D printer for performing sterilization according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 제어부(900)는 먼저 프린팅 챔버(100)에 제공되는 히터(210)를 가동하여 프린팅 챔버(100) 내부 온도를 조절한다(s10). 제어부(900)는 프린팅 챔버(100)의 내부 압력을 프린팅 챔버(100)의 외부 압력보다 낮은 제1 압력(VP1)으로 형성할 수 있다(s20). 그 다음, 제어부(900)는 프린팅 챔버(100)의 내부 압력을 제1 압력(VP1)보다 높은 제2 압력(VP2)으로 변화시킬 수 있다(s30). Referring to FIG. 7, the
상세하게는, 제어부(900)는 먼저 프린팅 챔버(100) 내부 공기를 제2 펌프(632)를 통해 일정 시간 동안 프린팅 챔버(100) 외부로 배기하여 프린팅 챔버(100) 내부 압력을 75 내지 80mmHg의 진공도를 갖는 제1 압력(VP1)으로 형성한다.In detail, the
그 다음, 제어부(900)는 제1 펌프(631)를 통해 H2O2 투입구(621)로 H2O2를 설정 시간 동안, 예를 들어 약 2분간 투입하여 확산되도록 하여 프린팅 챔버(100)의 내부 압력을 제1 압력(VP1)보다 낮은 약 30 내지 40mmHg의 진공도를 갖는 제2 압력(VP2)으로 변화시킨다.Then, the
이후, 제어부(900)는 프린팅 챔버(100) 내부 공기를 제2 펌프(632)를 통해 약 2분간 프린팅 챔버(100) 외부로 배기하여 제2 압력(VP2)으로 변화된 프린팅 챔버(100)의 내부 압력을 다시 제2 압력(VP2)보다 높은 진공도를 갖는 제1 압력(VP1)으로 변화시킨다.Thereafter, the
그 다음, 제어부(900)는 다시 제1 펌프(631)를 통해 다시 프린팅 챔버(100) 내부로 H2O2를 투입하여 확산되도록 하여 프린팅 챔버(100) 의 내부 압력을 다시 제1 압력(VP1)보다 낮은 진공도를 갖는 제2 압력(VP2)으로 변화시킨다.Then, the
이러한 방식으로, 제어부(900)는 제1 펌프(631) 및 제2 펌프(632)를 작동하여 미리 설정된 횟수만큼 제1 압력(VP1)과 제2 압력(VP2)을 교대로 형성할 수 있다. 즉, 제1 압력(VP1)으로의 변화 단계(s20)와, 제2 압력(VP2)으로의 변화 단계(s30)가 미리 설정된 횟수만큼 교대로 반복 수행될 수 있다.In this way, the
상기 미리 설정된 횟수는 약 20 내지 30회일 수 있으며, 미리 설정된 횟수만큼 H2O2의 투입 및 배기를 반복함으로써 식스 로그(six log) 상태의 멸균 정도를 달성할 수 있다. 또한, 한번에 높은 진공 압력을 가하는 경우에는, 높은 진공 압력에 의해 후술하는 얇은 막 형태로 형성되는 벨로우즈(810)가 프린팅 챔버(100) 내부로 빨려들어와 손상될 수 있는데, 본 발명에서는 상대적으로 저 진공도를 갖는 제1 압력(VP1)과 제2 압력(VP2) 사이에서 프린팅 챔버(100) 내부 압력을 미리 설정된 횟수만큼 나누어 설정 시간 동안 변화시켜 벨로우즈(810)의 손상을 최소화할 수 있다.The preset number of times may be about 20 to 30 times, and the degree of sterilization in a six log state may be achieved by repeating the input and exhaust of H 2 O 2 as many times as preset. In addition, when a high vacuum pressure is applied at a time, the
설정된 횟수만큼 제1 압력(VP1)과 제2 압력(VP2)을 교대로 형성한 후, 제어부(900)는 프린팅 챔버 내부에 잔존하는 H2O2를 제거할 수 있다(s40). 제어부(900)는 프린팅 챔버(100) 내부의 H2O2를 배기하고 다시 프린팅 챔버(100)로 되돌아오도록 H2O2를 순환시키며, 상기 배기되는 H2O2를 정화 촉매를 이용하여 제거하면서, 동시에 플라즈마 발생기(640)를 통해 O3를 생성하고, 상기 생성된 O3를 이용하여 프린팅 챔버(100) 내부에 잔존하는 H2O2를 제거할 수 있다.After forming the first pressure VP1 and the second pressure VP2 alternately for a set number of times, the
상세하게는, 제어부(900)는 제1 경로(A1) 상에 배치되는 제2 펌프(632)를 작동하여 제1 경로(A1)를 따라 H2O2를 순환시키며, 순환하는 H2O2의 일부는 촉매 반응기(650) 내의 정화 촉매에 의해 분해된다.Specifically, the
또한, 제어부(900)는 제1 경로(A1)에 연결되는 플라즈마 발생기(640)를 작동하여, O3를 생성할 수 있다. 생성된 O3는 제1 경로(A1)를 경유하여 프린팅 챔버(100) 내부로 확산되어 프린팅 챔버(100) 내부에 잔존하는 H2O2를 제거할 수 있다.In addition, the
이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The scope of protection in this field is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the scope of protection of the present invention may not be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.
100: 프린팅 챔버 210: 히터
220: 워터 자켓 310: 순환 팬
320: 에어 가이드부 330: 보조 순환팬
322: 토출구 340: 필터
410: 트레이 420: 가습 보조 히터
500: CO2 조절부 510: CO2 탱크
531: 레귤레이터 610: H2O2 탱크
640: O3 탱크 650: H2O2 정화 촉매
700: 팬히터 900: 제어부
P1: 제1 공간 P2: 제2 공간100: printing chamber 210: heater
220: water jacket 310: circulation fan
320: air guide unit 330: auxiliary circulation fan
322: discharge port 340: filter
410: tray 420: humidification auxiliary heater
500: CO2 regulator 510: CO 2 tank
531: regulator 610: H 2 O 2 tank
640: O 3 tank 650: H 2 O 2 purification catalyst
700: fan heater 900: control unit
P1: first space P2: second space
Claims (14)
상기 프린팅 챔버의 온도를 조절하기 위한 히터를 구비하는 온도 조절부;
H2O2가 저장되는 H2O2 탱크, 상기 H2O2 탱크로부터 상기 H2O2 투입구로 H2O2를 유입시키기 위한 제1 펌프와, 상기 프린팅 챔버 내부의 공기를 H2O2 배기구를 통해 상기 프린팅 챔버 외부로 배기시키기 위한 제2 펌프를 포함하는 복수개의 펌프를 구비하는 멸균부; 및
상기 프린팅 챔버의 내부 압력이 상기 프린팅 챔버의 외부 압력보다 낮은 제1 압력과, 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력 사이에서 변화하도록 상기 각각의 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 멸균 작업 시의 상기 프린팅 챔버의 내부 압력이 상기 제1 압력과 상기 제2 압력으로 설정된 횟수만큼 교대로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
An internal space in which printing is performed is defined by wall surfaces including side walls, and a chamber for a bio 3D printer applied to a printing chamber having an H 2 O 2 inlet and an H 2 O 2 exhaust port formed through the side walls In the environment control device,
A temperature control unit including a heater for adjusting the temperature of the printing chamber;
A H 2 O 2 tank in which H 2 O 2 is stored, a first pump for introducing H 2 O 2 from the H 2 O 2 tank to the H 2 O 2 inlet, and the air inside the printing chamber is H 2 O 2 a sterilization unit having a plurality of pumps including a second pump for exhausting to the outside of the printing chamber through an exhaust port; And
A control unit for controlling the operation of each of the pumps so that the internal pressure of the printing chamber changes between a first pressure lower than an external pressure of the printing chamber and a second pressure higher than the first pressure,
The control unit, characterized in that the internal pressure of the printing chamber during the sterilization operation is formed to alternately form the number of times set to the first pressure and the second pressure, the chamber environment control apparatus for a bio 3D printer.
상기 제1 압력은 75 내지 80mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되며, 상기 제2 압력은 30 내지 40mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
The first pressure is formed by a vacuum pressure having a vacuum degree of 75 to 80 mmHg, the second pressure is formed by a vacuum pressure having a vacuum degree of 30 to 40 mmHg, the chamber environment control apparatus for a bio 3D printer.
상기 설정된 횟수는 20 내지 30회인 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
The set number of times is characterized in that 20 to 30 times, bio 3D printer chamber environment control apparatus.
상기 H2O2 탱크에 저장되는 H2O2는 수용액 상태이며,
상기 멸균부는, 상기 H2O2 탱크와 상기 프린팅 챔버 사이에 배치되며, 상기 H2O2 탱크로부터 유입되는 H2O2 수용액을 기화시키는 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
H 2 O 2 being stored in the H 2 O 2 tank is an aqueous solution,
The sterilization unit is disposed between the H 2 O 2 tank and the printing chamber, characterized in that it comprises a vaporizer for vaporizing the H 2 O 2 aqueous solution introduced from the H 2 O 2 tank, for bio 3D printer Chamber environment control device.
상기 멸균부는, 상기 프린팅 챔버로부터 배기되는 H2O2를 정화 촉매를 이용하여 분해하기 위한 촉매 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
The sterilization unit further comprises a catalytic reactor for decomposing H 2 O 2 exhausted from the printing chamber using a purification catalyst.
상기 프린팅 챔버 외부로 배기되는 H2O2의 유동 경로는 H2O2가 상기 프린팅 챔버로 되돌아오는 제1 경로, 및 H2O2가 대기로 배출되는 제2 경로를 포함하며,
상기 제어부는 밸브를 제어하여, 상기 제1 경로를 통해 상기 촉매 반응기와 상기 프린팅 챔버 사이에서 H2O2가 순환하며 제거되거나, 또는 상기 제2 경로를 통해 상기 H2O2가 대기로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 6,
And the flow path for the H 2 O 2 to be discharged outside the printing chamber and a second path, the first path, and H 2 O 2 H 2 O 2 is returned to the printing chamber that is vented to the atmosphere,
The control unit controls the valve so that H 2 O 2 is circulated and removed between the catalytic reactor and the printing chamber through the first path, or the H 2 O 2 is discharged to the atmosphere through the second path. It characterized in that, the chamber environment control device for a bio 3D printer.
상기 멸균부는, O3를 생성하여 상기 프린팅 챔버 내부로 유입시키기 위한 플라즈마 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
The sterilization unit, characterized in that provided with a plasma generator for generating O 3 and flowing into the printing chamber, a chamber environment control apparatus for a bio 3D printer.
CO2가 저장되는 CO2 탱크, 상기 CO2 탱크로부터 CO2를 투입하고 상기 프린팅 챔버로부터 CO2를 포함하는 내부 공기를 배기하기 위하여 상기 프린팅 챔버에 각각 형성되는 CO2 투입구 및 CO2 밸런스 조절부, 및 CO2의 유입 경로상에 배치되는 레귤레이터를 구비하는 CO2 조절부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 레귤레이터의 작동을 제어하여 CO2의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 장치.
The method of claim 1,
CO 2 is added to store CO 2 tank, CO 2 from the CO 2 tank and to exhaust the interior air containing CO 2 from the printing chamber CO 2 inlet and CO 2 balance are respectively formed in the printing chamber adjusted to unit , and further includes a CO 2 control comprising a regulator disposed in the funnel of CO 2,
The control unit controls the operation of the regulator to control the inflow amount of CO 2 .
(a) 상기 프린팅 챔버 내부 온도를 조절하는 단계;
(b) 상기 프린팅 챔버의 내부 압력을 상기 프린팅 챔버의 외부 압력보다 낮은 제1 압력으로 형성하는 단계;
(c) 상기 프린팅 챔버의 내부 압력을 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력으로 변화시키는 단계; 및
(d) 상기 프린팅 챔버 내부에 잔존하는 H2O2를 제거하는 단계를 포함하며,
멸균 작업 시에 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계를 미리 설정된 횟수만큼 교대로 수행하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법.
In the chamber environment control method for a bio 3D printer performed by a chamber environment control device including a temperature control unit and a sterilization unit, which is applied to a printing chamber in which an inner space in which printing is performed is defined by wall surfaces including sidewalls ,
(a) adjusting the temperature inside the printing chamber;
(b) forming the internal pressure of the printing chamber to a first pressure lower than the external pressure of the printing chamber;
(c) changing the internal pressure of the printing chamber to a second pressure higher than the first pressure; And
(d) removing the H 2 O 2 remaining inside the printing chamber,
At the time of sterilization, the (b) and (c) steps are alternately performed as many times as a preset number of times.
상기 제1 압력은 75 내지 80mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되며, 상기 제2 압력은 30 내지 40mmHg의 진공도를 갖는 진공 압력으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법.
The method of claim 10,
The first pressure is formed by a vacuum pressure having a vacuum degree of 75 to 80 mmHg, and the second pressure is formed by a vacuum pressure having a vacuum degree of 30 to 40 mmHg, the chamber environment control method for a bio 3D printer.
상기 설정된 횟수는 20 내지 30회인 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법.
The method of claim 10,
The set number of times is characterized in that 20 to 30 times, the chamber environment control method for a bio 3D printer.
상기 프린팅 챔버 내부의 H2O2를 배기하고 다시 프린팅 챔버로 되돌아오도록 H2O2를 순환시키며, 상기 배기되는 H2O2를 정화 촉매를 이용하여 제거하고, 플라즈마 발생기를 통해 O3를 생성하고, 상기 생성된 O3를 이용하여 상기 프린팅 챔버 내부에 잔존하는 H2O2를 제거하는 것을 특징으로 하는, 바이오 3차원 프린터용 챔버 환경 제어 방법.The method of claim 10, wherein step (d)
The H 2 O 2 inside the printing chamber is exhausted and H 2 O 2 is circulated to return to the printing chamber, and the exhausted H 2 O 2 is removed using a purification catalyst, and O 3 is generated through a plasma generator. And, using the generated O 3 to remove the H 2 O 2 remaining in the printing chamber, the chamber environment control method for a bio 3D printer.
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