[发明专利]一种三维生物结构的3D打印装置及打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程和组织工程技术领域，尤其是涉及一种三维生物结构的3D打印装置及打印方法。

背景技术

目前，三维打印技术在制备组织工程用的生物材料支架方面得到了快速发展和应用，它是一项基于微滴喷射的快速成型技术，它首先借助计算机辅助设计技术制备所要打印物体的电子文档模型，然后依据“逐层打印，层层叠加”的原理来打印具有特殊外形或复杂内部结构的物体。其成型过程不受任何几何形状的限制，打印速度可以随意控制，不同的材料可以通过不同的喷头打印，打印的物质可以是溶液、悬浮液或乳液，因此，三维打印可以很容易的控制材料组成、微观结构和表面特性。当打印的物质是生物墨水时，其就成为了生物打印技术。它将生物墨水按需喷射到接受体形成三维有功能的组织或器官，生物墨水设计为特制的细胞溶液或有生物活性的营养因子溶液。该技术操作方便，加工过程灵活。

对于三维管结构，现有的常见打印方法有两种：垂直打印和水平打印。如果喷嘴移动方向沿着管的圆周方向，这种制造方法叫垂直打印；如果喷嘴的移动方向平行于管的轴线方向，这种制造方法叫水平打印。以前许多人的制造方法都是基于垂直打印，因为其实现比较方便，但是垂直打印很难打印一些复杂的结构，如“Y”型结构，除非用到牺牲支撑结构，而水平打印就比较方便，可以马上打印出该结构。对于打印管状结构，垂直打印和水平打印都可以，垂直打印时横截面是圆，水平打印时横截面是多边形，但相对于垂直打印而言，水平打印制造出的管结构不圆，精度低。

公开号为CN101111362A（申请号为200680003303.2）的中国专利申请公开了一种三维结构物的制造方法以及制造装置，该方法包括以下步骤：将含有溶剂以及分散在所述溶剂中的聚合物颗粒且粘度为100cps以下的溶液的液滴，从喷嘴朝向基板喷出；将光照射到所述液滴上，使所述液滴中含有的溶剂蒸发，并且，使所述液滴中含有的聚合物颗粒熔化；以及，使所述熔化的聚合物颗粒在基板上堆积。由此制造出较高纵横尺寸比的三维结构物。该三维结构物的制造装置，包括：喷嘴，其将含有溶剂以及分散在所述溶剂中的聚合物颗粒的溶液的液滴，朝向基板喷出；振动部，其使所述溶液发生振动；光源，其将光照射到从所述喷嘴喷出的溶液的液滴上；以及，驱动机构部，其使所述喷嘴或者基板在XYZ方向上移动，所述光源设置在所述喷嘴的喷出口的上方或者侧方。

公开号为CN1613435A（申请号为200410073324.4）的中国发明专利申请公开了一种可控微管道结构支架的光固化快速成型间接制造方法，其根据实际CT数据，利用三维CAD软件重构骨骼外形，设计不同结构的支架内部微管道，利用光固化快速成型设备构造相应的树脂模具，在模具中填充生物材料，待其固化后，通过热分解去除树脂模具，形成具有可控微结构的组织工程支架。

本专利想到结合垂直打印和水平打印的优点，用垂直打印和水平打印结合的方法来制造复杂三维生物结构。对于“Z”型结构，用常规的垂直打印只能打印有限角度的分支，角度一旦过大，整个结构就会倒塌。

发明内容

本发明提供了一种三维生物结构的3D打印装置，能够准确地打印出复杂的三维生物结构。

一种三维生物结构的3D打印装置，包括：打印机构、配合所述打印机构打印三维生物结构的运功工作台机构以及工作容器；

所述的打印机构包括喷射生物墨水的喷头以及控制所述喷头喷射和运动的喷头驱动机构；

所述的运功工作台机构包括工作台以及驱动所述工作台三维运动的三维运功平台。

工作时，所述工作台置于所述工作容器中。

本发明中，喷头在喷头驱动机构的作用下将离散的液滴喷射到工作台上，三维运功平台对工作台进行全方位调整，通过喷头、喷头驱动机构和工作台的运动就能生成复杂形状的三维生物空心或实心结构，克服了传统制造悬空结构的困难。

作为优选，所述的三维运功平台包括与地面相对固定沿竖直方向的Z轴立柱导轨、与所述Z轴立柱导轨滑动配合的运动板、与所述运动板固定并水平设置的悬臂杆、在一竖直方向平面内与所述悬臂杆转动配合的X轴转动杆以及在另一竖直方向平面内与所述X轴转动杆转动配合的Y轴转动杆，其中，所述X轴转动杆转动的竖直方向平面与所述Y轴转动杆转动的竖直方向平面相互垂直，所述工作台与Y轴转动杆连接。通过Z轴立柱导轨、X轴转动杆、Y轴转动杆以及相互配合的关系，工作台在三维运功平台控制下可以在三维方向运动，对工作台进行全方位调整，从而有利于喷头在工作台上形成复杂形状的三维生物空心或实心结构。