RU150514U1 - INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES - Google Patents
INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES Download PDFInfo
- Publication number
- RU150514U1 RU150514U1 RU2013157052/05U RU2013157052U RU150514U1 RU 150514 U1 RU150514 U1 RU 150514U1 RU 2013157052/05 U RU2013157052/05 U RU 2013157052/05U RU 2013157052 U RU2013157052 U RU 2013157052U RU 150514 U1 RU150514 U1 RU 150514U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- control unit
- laser device
- installation
- biocompatible
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Установка для изготовления объемных биосовместимых изделий из порошковых материалов, включающая лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу для изготовления объемного изделия, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, систему нанесения, бункер для порошка биосовместимого полимера с системой подачи порошка в систему нанесения на технологическую платформу, излучатель видимого диапазона, плоскопараллельную пластину и блок управления, соединенный с лазерным устройством, элементами привода, бункером с системой подачи и системой нанесения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит увлажнитель, соединенный с блоком управления.Installation for manufacturing bulk biocompatible products from powder materials, including a laser device with an optical system, horizontal movement of which in two mutually perpendicular directions is provided by drive elements, a technological platform for manufacturing a volumetric product, vertical movement of which is provided by the drive element, application system, hopper for biocompatible powder polymer with a powder supply system to the application system on the technological platform, the emitter is visible th range, a plane-parallel plate and a control unit connected to the laser device, drive elements, with hopper feed system and application system, characterized in that it further comprises a humidifier connected to the control unit.
Description
Полезная модель относится к медицине, а именно к устройствам, применяемым для изготовления объемных изделий из порошковых материалов, и может быть использована в технологии создания биосовместимых имплантатов для замены и регенерации костных тканей.The utility model relates to medicine, namely to devices used for the manufacture of bulk products from powder materials, and can be used in the technology of creating biocompatible implants for replacing and regenerating bone tissues.
Известна установка по селективному лазерному спеканию (E.N. Antonov, V.N. Bagratashvili, S.M. Howdle et al. Fabrication of Polymer Scaffolds for Tissue Engineering Using Surface Selective Laser Sintering // Laser Physics, 2006. V.16. N.5. P.774-787), состоящая из волоконного лазера, микроскопа с объективом, видеокамеры, инфракрасного регистратора, технологической платформы, способной перемещаться по двум взаимно перпендикулярным направлениям. В известной установке использовался волоконный лазер ЛС-0.97 (ИРЭ Полюс, Россия) с длиной волны 970 нм. К недостатком известной установки следует отнести то, что она не позволяла получать объемные объекты и покрытия в автоматическом режиме.Known installation for selective laser sintering (EN Antonov, VN Bagratashvili, SM Howdle et al. Fabrication of Polymer Scaffolds for Tissue Engineering Using Surface Selective Laser Sintering // Laser Physics, 2006. V.16. N.5. P.774-787 ), consisting of a fiber laser, a microscope with a lens, a video camera, an infrared recorder, a technological platform that can move in two mutually perpendicular directions. In the known setup, an LS-0.97 fiber laser (IRE Polyus, Russia) with a wavelength of 970 nm was used. The disadvantage of the known installation should include the fact that it did not allow to obtain volumetric objects and coatings in automatic mode.
Известна установка порошковой лазерной стереолитографии (Заявка ФРГ №10053742, МПК7 B22F 3/105, B29C 47/04, B22C 7/00, опубл. 29.05.2002), включающая лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, бункер с системой подачи, систему нанесения и блок управления. В качестве лазерного устройства в известной установке используется непрерывный лазер с излучением в инфракрасном диапазоне длин волн. Известная установка, обладая возможностью получения изделий с заданной пористостью, не позволяет получать трехмерные объекты и покрытия с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, что значительно ограничивает области ее применения. Это связано с тем, что излучение используемого лазерного устройства не визуализируется, поскольку оно находится в инфракрасном диапазоне длин волн. Поэтому каркас со сложной геометрической формой поверхности трудно установить на технологической платформе точно в заданном месте.A known installation of laser powder stereolithography (Application Germany No. 10053742, MPK7
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является выбранная в качестве прототипа установка по селективному лазерному спеканию (патент РФ 100948), включающая лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, бункер с системой подачи, систему нанесения, излучатель видимого диапазона, плоскопараллельную пластину и блок управления, соединенный с лазерным устройством, элементами привода, бункером с системой подачи и системой нанесения.The closest in technical essence to the claimed utility model is the selective laser sintering unit selected as a prototype (RF patent 100948), including a laser device with an optical system, the horizontal movement of which in two mutually perpendicular directions is provided by drive elements, a technological platform, the vertical movement of which provides a drive element, a hopper with a feed system, a coating system, a visible range emitter, a plane parallel plate and Lock control coupled to a laser device, drive elements, with hopper feed system and the application system.
Известная установка по селективному лазерному спеканию работает следующим образом. Предварительно бункер с системой подачи наполняют смесью порошков биорезорбируемого полимера и сенсибилизатора. При необходимости на технологическую платформу, используя световое пятно излучателя видимого диапазона, точно в заданном месте устанавливается каркас. Световое пятно излучателя видимого диапазона формируется его излучением, отраженным от плоскопараллельной пластины и сфокусированным оптической системой. Блок управления дает команду на бункер с системой подачи, откуда определенное количество смеси порошка поступает в систему нанесения. По команде с блока управления система нанесения наносит тонкий слой порошка на поверхность технологической платформы или на закрепленный на ней каркас и технологическая платформа с помощью элемента привода устанавливается так, чтобы фокус оптической системы расположился в нанесенном слое. Затем блок управления включает лазерное устройство и управляет перемещением оптической системы в горизонтальных направлениях с помощью элементов привода и технологической платформы в вертикальном направлении с помощью элементов привода так, что по заданной в блоке управления программе формируется конфигурация первого слоя. Далее процесс повторяется, и при этом формируются второй и последующие слои. В качестве сенсибилизатора обычно используется порошок углерода. Добавление порошка сенсибилизатора к порошку биорезорбируемого полимера производится для того, чтобы при лазерном воздействии обеспечить необходимое повышение температуры на границе зерен биорезорбируемого полимера, достаточное для его плавления.Known installation for selective laser sintering works as follows. Previously, the hopper with the feed system is filled with a mixture of powders of a bioresorbable polymer and a sensitizer. If necessary, on the technological platform, using the light spot of the visible range emitter, the frame is installed exactly in the given place. The light spot of the visible range emitter is formed by its radiation reflected from a plane-parallel plate and focused by an optical system. The control unit gives a command to the hopper with a feed system, from where a certain amount of the powder mixture enters the application system. On command from the control unit, the application system applies a thin layer of powder on the surface of the technological platform or on a frame fixed to it and the technological platform is installed using the drive element so that the focus of the optical system is located in the applied layer. Then, the control unit turns on the laser device and controls the horizontal movement of the optical system using the drive elements and the technological platform in the vertical direction using the drive elements so that the configuration of the first layer is formed according to the program specified in the control unit. Further, the process is repeated, and thus the second and subsequent layers are formed. Carbon powder is usually used as a sensitizer. The sensitizer powder is added to the bioresorbable polymer powder in order to provide the necessary temperature increase at the grain boundary of the bioresorbable polymer with laser exposure, sufficient for its melting.
Известная установка по селективному лазерному спеканию позволяет формировать биосовместимые структуры с заданной пористостью с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности. Основной недостаток известной установки заключается в не достаточно высоком качестве создаваемых трехмерных структур, поскольку в сформированной трехмерной структуре помимо биосовместимого полимера находится определенное количество порошка сенсибилизатора.The known installation for selective laser sintering allows the formation of biocompatible structures with a given porosity using a prefabricated frame with a complex geometric shape of the surface. The main disadvantage of the known installation is the not high enough quality of the created three-dimensional structures, since in the formed three-dimensional structure, in addition to the biocompatible polymer, there is a certain amount of sensitizer powder.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении качества сформированных трехмерных структур, а именно в создании установки, которая позволяет формировать трехмерные структуры, состоящие только из биосовместимого полимера.The problem to which the claimed utility model is directed is to improve the quality of the formed three-dimensional structures, namely, to create an installation that allows the formation of three-dimensional structures consisting only of a biocompatible polymer.
Технический результат достигается установкой для формирования биосовместимых структур, включающей лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, бункер с системой подачи, систему нанесения, увлажнитель, излучатель видимого диапазона, плоскопараллельную пластину и блок управления, соединенный с лазерным устройством, элементами привода, бункером с системой подачи, системой нанесения и увлажнителем.The technical result is achieved by the installation for the formation of biocompatible structures, including a laser device with an optical system, the horizontal movement of which in two mutually perpendicular directions is provided by drive elements, a technological platform, the vertical movement of which is provided by a drive element, a hopper with a feed system, a deposition system, a humidifier, a visible emitter range, a plane-parallel plate and a control unit connected to a laser device, drive elements a, with a hopper with a feed system, an application system and a humidifier.
Техническим результатом от применения заявляемой полезной модели является возможность получения трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, состоящих только из биосовместимого полимера.The technical result from the application of the claimed utility model is the ability to obtain three-dimensional objects and coatings using a prefabricated frame with a complex geometric surface shape, consisting only of a biocompatible polymer.
На фиг.1 схематически изображена предложенная установка для формирования биосовместимых структур. Она состоит из лазерного устройства (1) с оптической системой (2), горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода (3), технологической платформы (4), вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода (5), бункера с системой подачи (6), системы нанесения (7), блока управления (8), излучателя видимого диапазона (9), плоскопараллельной пластины (10) и увлажнителя (11).Figure 1 schematically shows the proposed installation for the formation of biocompatible structures. It consists of a laser device (1) with an optical system (2), the horizontal movement of which in two mutually perpendicular directions is provided by the drive elements (3), the technological platform (4), the vertical movement of which is provided by the drive element (5), a hopper with a feed system (6), application systems (7), control unit (8), visible range emitter (9), plane-parallel plate (10) and humidifier (11).
Установка для формирования биосовместимых структур работает следующим образом. Предварительно бункер с системой подачи (6) наполняют порошком биосовместимого полимера, а увлажнитель (11) - водой. При необходимости на технологическую платформу (4), используя световое пятно излучателя видимого диапазона (9), точно в заданном месте устанавливается каркас. Световое пятно излучателя видимого диапазона (9) формируется его излучением, отраженным от плоскопараллельной пластины (10) и сфокусированным оптической системой (2). Блок управления (8) дает команду на увлажнитель (11), который наносит тонкий слой воды на поверхность технологической платформы (4) или на закрепленный на ней каркас. Блок управления (8) дает команду на бункер с системой подачи 6, откуда определенное количество порошка поступает в систему нанесения (7). По команде с блока управления (8) система нанесения (7) наносит тонкий слой порошка на поверхность технологической платформы (4) или на закрепленный на ней каркас и технологическая платформа (4) с помощью элемента привода (5) устанавливается так, чтобы фокус оптической системы (2) расположился в нанесенном слое. Затем блок управления (8) включает лазерное устройство (1) и управляет перемещением оптической системы (2) в горизонтальных направлениях с помощью элементов привода (3) и технологической платформы (4) в вертикальном направлении с помощью элементов привода (5) так, что по заданной в блоке управления (8) программе формируется конфигурация первого слоя. Далее процесс повторяется, и при этом формируются второй и последующие слои.Installation for the formation of biocompatible structures works as follows. Previously, the hopper with the feed system (6) is filled with biocompatible polymer powder, and the humidifier (11) is filled with water. If necessary, on the technological platform (4), using the light spot of the visible range emitter (9), the frame is installed exactly in the given place. The light spot of the visible range emitter (9) is formed by its radiation reflected from a plane-parallel plate (10) and a focused optical system (2). The control unit (8) gives a command to the humidifier (11), which applies a thin layer of water to the surface of the technological platform (4) or to the frame fixed on it. The control unit (8) gives a command to the hopper with a
Достижение заявленного технического результата, а именно, создание установки для формирования биосовместимых структур, обеспечивающей получение трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, состоящих только из биосовместимого полимера, происходит за счет добавления увлажнителя. С помощью увлажнителя происходит увлажнение частичек порошка биосовместимого полимера. Лазерное излучение лазерного устройства поглощается в воде и разогревает ее до высоких температур, достаточных для плавления поверхности частичек биосовместимого полимера. В результате этого частички биосовместимого полимера склеиваются между собой, а остатки воды испаряются.Achieving the claimed technical result, namely, the creation of an installation for the formation of biocompatible structures, which provides three-dimensional objects and coatings using a prefabricated frame with a complex geometric shape of the surface, consisting only of a biocompatible polymer, occurs by adding a humidifier. Using a humidifier, particles of the biocompatible polymer powder are wetted. Laser radiation from a laser device is absorbed in water and heats it to high temperatures sufficient to melt the surface of particles of a biocompatible polymer. As a result of this, the particles of the biocompatible polymer stick together, and the remaining water evaporates.
В качестве лазерного устройства может быть использован лазер достаточной мощности с длиной волны в области поглощения воды. В качестве излучателя видимого диапазона может быть использован гелий-неоновый лазер, излучающий в красном диапазоне длин волн, или стандартные излучатели на лазерных диодах, излучающие в видимом диапазоне длин волн. Увлажнитель может быть выполнен с использованием управляемого электромагнитного клапана и стандартной двухфазной форсунки, которая производит мелкодисперсное распыление воды потоком воздуха.A laser of sufficient power with a wavelength in the water absorption region can be used as a laser device. As a visible range emitter, a helium-neon laser emitting in the red wavelength range or standard laser diode emitters emitting in the visible wavelength range can be used. The humidifier can be made using a controlled solenoid valve and a standard two-phase nozzle, which produces fine dispersion of water by air flow.
Авторами была изготовлена и испытана установка для формирования биосовместимых структур с применением в качестве лазерного устройства оптоволоконного лазера с длиной волны 1.9 мкм и максимальной мощностью 30 Вт. Излучение с такой длиной волны хорошо поглощается водой (коэффициент поглощения для воды составляет 114 см-1.) В качестве излучателя видимого диапазона использовался гелий-неонового лазера с длиной волны 633 нм. Увлажнитель был выполнен с использованием стандартного управляемого электромагнитного клапана и двухфазной форсунки. В качестве порошка биосовместимого полимера использовался порошок полилактида (PLA, Alkermes, США) с молекулярным весом 83 кДа и размером частиц 60-150 мкм, смешанного с порошком мальтодекстрина (20% по весу) («Pure Carbo Line», Германия). С помощью данной установки были сформированы биосовместимые структуры в виде дисков высотой от 1 до 3 мм и диаметром 7 мм, состоящие только из биосовместимого полимера.The authors fabricated and tested a setup for the formation of biocompatible structures using an optical fiber laser with a wavelength of 1.9 μm and a maximum power of 30 W as a laser device. Radiation with such a wavelength is well absorbed by water (the absorption coefficient for water is 114 cm -1 .) A helium-neon laser with a wavelength of 633 nm was used as a visible-band emitter. The humidifier was made using a standard controlled solenoid valve and a two-phase nozzle. A polylactide powder (PLA, Alkermes, USA) with a molecular weight of 83 kDa and a particle size of 60-150 μm mixed with maltodextrin powder (20% by weight) (Pure Carbo Line, Germany) was used as a biocompatible polymer powder. Using this setup, biocompatible structures were formed in the form of disks with a height of 1 to 3 mm and a diameter of 7 mm, consisting only of a biocompatible polymer.
Таким образом, созданная установка для формирования биосовместимых структур позволила достичь заявленного технического результата, а именно, обеспечить получение трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, состоящих только из биосовместимого полимера.Thus, the created installation for the formation of biocompatible structures made it possible to achieve the claimed technical result, namely, to provide three-dimensional objects and coatings using a prefabricated frame with a complex geometric shape of the surface, consisting only of a biocompatible polymer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157052/05U RU150514U1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157052/05U RU150514U1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU150514U1 true RU150514U1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53292988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013157052/05U RU150514U1 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU150514U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593448C2 (en) * | 2011-12-23 | 2016-08-10 | Этторе Маурицио КОСТАБЕБЕР | Stereolithography machine with improved optical unit |
-
2013
- 2013-12-24 RU RU2013157052/05U patent/RU150514U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593448C2 (en) * | 2011-12-23 | 2016-08-10 | Этторе Маурицио КОСТАБЕБЕР | Stereolithography machine with improved optical unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107553899B (en) | Recoating unit, recoating method, device and method for additive manufacturing of three-dimensional objects | |
| AU2019201593B2 (en) | 3D printing using spiral buildup | |
| JP2022046572A (en) | Skillful three-dimensional printing | |
| EP3102389B1 (en) | An additive manufacturing system with a multi-laser beam gun and method of operation | |
| US20030074096A1 (en) | Solid freeform fabrication of structurally engineered multifunctional devices | |
| JP2021107150A (en) | Three-dimensional modeling method and device for objects with high resolution background | |
| US10399179B2 (en) | Additive manufacturing systems and methods | |
| CN107921536A (en) | The increasing material manufacturing of the material fusion controlled by space | |
| JP2011173420A (en) | Method and apparatus for manufacturing three dimensional object suitable for microtechnology | |
| JP2016040121A (en) | Powder for laminate molding and method for manufacturing laminate molded article | |
| CN109641392A (en) | The method for increasing material production based on photoetching for three-dimensional structure | |
| JP2013022965A (en) | Apparatus and method for manufacturing three-dimensional object in layers, and mold | |
| TW201703988A (en) | Three dimensional printing system | |
| RU150514U1 (en) | INSTALLATION FOR FORMING BIOS-COMPATIBLE STRUCTURES | |
| CN109689342A (en) | Solidify the method for the scattered reflection material of photopolymerization | |
| CN104760283A (en) | 3D-printing method | |
| Dee et al. | Fabrication of microstructured calcium phosphate ceramics scaffolds by material extrusion-based 3D printing approach | |
| US20200269353A1 (en) | Additive manufacturing systems and methods including rotating build platform | |
| Farkas et al. | Fabrication of hybrid nanocomposite scaffolds by incorporating ligand-free hydroxyapatite nanoparticles into biodegradable polymer scaffolds and release studies | |
| JP6354225B2 (en) | Additive manufacturing powder material and manufacturing method of additive manufacturing | |
| RU100948U1 (en) | SELECTIVE LASER Sintering Plant | |
| Chimate et al. | Pressure assisted multi-syringe single nozzle deposition system for manufacturing of heterogeneous tissue scaffolds | |
| JP2015187058A (en) | Powder material for laminate molding, laminate molding set, and method for producing laminate molded object | |
| WO2003034314A1 (en) | Solid freeform fabrication of structurally engineered multifunctional devices | |
| CN104276826A (en) | Optical fiber laser three dimensional printer for preparation of nano-ceramic bone tissue engineering scaffold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191225 |