[发明专利]一种自吸式生物3D打印喷头装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物组织制造的自动吸料和压料的喷头装置及其方法，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

对于受损大块软组织及内脏器官的治疗，人体组织器官移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺、免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为解决上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者制备的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内，替换原有病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就组织工程良好发展前景的有效例证。

近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印、细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势。而在一个典型的生物打印机中，关键结构之一就是成形喷头装置。

为了满足大块软组织和内脏器官的构建要求，需要开发一种能进行自动吸料和压料的成形喷头装置。当前一些喷头设计的是单次使用，料筒内的生物材料有限不能实现连续打印，需要停机更换料筒，这样严重的影响了打印的效率，同时每一次都要重新进行位置精度的重复校核。为解决这种问题，发明一种自吸式的喷头装置是很有意义的。

发明内容

本发明的目的是要解决喷头填料和清洗的困难，避免人工干预操作的复杂性和对喷头位置精度调整校核的影响，提供一种具有结构巧妙、易于控制的喷头，同时通过扩展可实现多种生物材料打印的喷头装置。

本发明的技术方案如下：

一种自吸式生物3D打印喷头装置包括喷头、柱塞缸体、螺钉、斜盘盖、电机座、电机、联轴器、传动轴、平键、配流筒体；所述配流筒体固定在机架上，其下部设有进料口和出料口，进料口与进料管连接，出料口与喷头上部通过螺纹紧固连接；所述柱塞缸体安装在配流筒体内部，柱塞缸体下端面与配流筒体内部端面接触，柱塞缸体下部的密封凸起与配流筒体内部端面的密封槽配合安装形成密封；所述斜盘盖与配流筒体上部同轴安装，且通过至少4个螺钉进行紧固，斜盘盖内部的斜面与柱塞缸体上部的滑靴平面接触配合，形成运动摩擦副；所述电机座的上端面固定电机，下端面与斜盘盖上端通过螺纹紧固连接；所述传动轴下端通过平键与柱塞缸体中心孔相配合安装，上端通过联轴器与电机的驱动轴相连接，以此来驱动柱塞缸体转动。

进一步，所述柱塞缸体由缸体、弹簧、弹簧座、柱塞体组成；所述柱塞体由滑靴、小卡圈、大卡圈、柱塞组成，小卡圈卡在柱塞上部的第一个卡槽内，大卡圈卡在柱塞上部的第二个卡槽内，柱塞的头部安装在滑靴内形成转动副，小卡圈嵌在柱塞和滑靴之间防止两者脱落，所述弹簧座和弹簧依次与柱塞同轴安装，弹簧座中心孔上部与大卡圈下部接触配合定位，弹簧上部与弹簧座外缘下表面接触配合，下部与缸体弹簧孔同轴配合安装；所述柱塞下部与缸体柱塞孔同轴配合安装，柱塞可沿缸体柱塞孔内表面相对滑动，实现吸压料过程。

进一步，所述配流筒体内部平面至少有1个密封槽和2个弧形配料窗口，下部至少有1个进料口和1个出料口。

进一步，所述滑靴可为金属材料或工程塑料。

进一步，所述缸体2至少有2个与柱塞配合的柱塞孔。

进一步，所述斜盘盖内的倾斜面倾角α在2°～20°之间。

所述的自吸式生物3D打印喷头装置控制方法是：

打印前将配流筒体下部的进料口与进料管连接，

缸体上对称均布着2个柱塞孔，柱塞在柱塞孔内呈轴向安装且能沿轴向相对运动，当电机旋转时，通过联轴器、传动轴及平键带动缸体旋转，柱塞在柱塞孔的作用下随缸体旋转，同时沿柱塞孔轴向滑动，在弹簧的作用力下，滑靴始终靠在斜盘盖的内部斜面上，缸体下端面始终与配流筒体内部端面紧密配合，配流筒体的内部端面上开有两个弧形配油窗口，一个是吸油窗口，另一个是排油窗口，配流筒体在机架上固定不动，其上部紧固安装的斜盘盖也固定不动，当缸体转动时，在斜盘盖内部斜面的作用下，柱塞体在柱塞孔中做往复运动，通过配流筒体内部端面上的两个弧形配料窗口进行吸料和压料；