[发明专利]采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统

权利要求书

1.采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统。该系统包括三维运动机构(Ⅰ)、喷射装置(Ⅱ)、静电纺丝装置(Ⅳ)、成型台(8)和控制及数据处理系统(Ⅲ)，其特征在于：所述的喷射装置(Ⅱ)采用内含多喷嘴的同轴喷头装置，设置喷射装置(Ⅱ)在三维运动机构(Ⅰ)中一个Z1轴运动机构(3)上，随一个沿Z1轴运动滑块上下滑动；所述的静电纺丝装置(Ⅳ)安装在三维运动机构(Ⅰ)上一个Z2轴运动机构(4)上，随一个沿Z2轴运动滑块上下滑动；所述的成型台(8)安装在三维运动机构(Ⅰ)中X轴运动机构(1)上，随一个沿X轴的运动滑块前后移动；所述的控制及数据处理系统(Ⅲ)是联接多喷嘴同轴喷头装置(Ⅱ)以及控制三维运动机构(Ⅲ)的电机。

2.根据权利要求1所述的采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，其特征在于：所述的喷射装置(Ⅱ)采用内含多喷嘴的同轴喷头装置(7)，包括下定位板(9)、下支撑板(10)、上支撑板(11)、上定位板(12)、针筒(13)、针筒固定连接装置(14、15、16、17、18)、紧固螺钉(19)、同轴喷头支撑板块(20)、紧固螺栓(21)、喷头装置总出料口针头(22)、芯层90°弯的供料针头(23)、流体上通道(24)、流体下通道(25)，喷射装置安装在横梁(5)上；所述的针筒固定连接装置分别由带有连接梁的上、下针筒套(15、17)、紧固螺栓(16)以及橡胶套筒(18)对一个壳层供料针筒和3个芯层供料套筒构成约束，实现针筒在空间上相对横梁(5)是固定状态；所述芯层针头(23)由流体上、下通道(24、25)定位和橡胶做的上、下支撑板(10、11)实现夹紧；所述的四个储料针筒(13)注入材料，即安装四根连接管，并由总气泵分别经由电磁阀、调压阀提供供料压力，此时将壳层材料连续挤出，并将芯层材料定时定量地添加挤出至壳层纤维丝中，从而实现芯层材料定点定量的加载。

3.根据权利要求1所述的采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，其特征在于：所述的静电纺丝装置(Ⅳ)由横梁(5)、微量泵(6)、注射器活塞筒体(13)、注射器针头(22)、高压电源及控制器组成，所述横梁(5)与一端Z2轴运动滑块固定连接，而另一端与微量泵(6)固定连接，微量泵(6)上安装注射器活塞筒体(13)，注射器活塞筒体(13)匹配注射器针头(22)。

4.根据权利要求1所述的采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，其特征在于：所述的三维运动机构(Ⅰ)由一个X轴运动机构(1)、一个Y轴运动机构(2)、所述Z1轴运动机构(3)和所述Z2轴运动机构(4)联接成一体，Z1轴运动机构(3)通过其上的横梁(5)与喷射装置(Ⅱ)连接，Z2轴运动机构(4)通过其上的横梁(5)与静电纺丝装置(Ⅳ)连接。

5.根据权利要求1所述的采用多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，所述的成型台是一个成型平台(8)，成型平台(8)与所述的X轴运动机构固定连接。

6.根据权利要求1所述的采用多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，其特征在于：所述的控制及数据处理系统(Ⅲ)计算机生物CAD、生物CAM以及生物3D打印综合成型三个软件系统(26)联接一个控制系统，控制系统联接控制喷射装置(Ⅱ)中的调压阀、电磁阀和三维运动机构(Ⅰ)中的电机。

7.根据权利要求2所述的多喷嘴的同轴喷头装置，其特征在于：所述的喷射装置(Ⅱ)一个壳层通道内部(24、25)还有三个芯层90°弯的供料喷嘴(23)，芯壳层所有材料最后经由喷头装置总出料口针头(22)挤出。

8.根据权利要求2所述的多喷嘴的同轴喷头装置，通过控制和调节四个储料针筒(13)的喷射材料与喷射速度等参数，可控制打印材料的成分与浓度以实现组织工程支架的多组分梯度打印。

9.一种生物CAD/CAM/3D打印综合成型方法利用权利要求1所述的采用多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统进行操作，实现多物质组分在三维支架空间定点定量挤出从而制作具有复杂外形轮廓的生物结构体支架，其特征以及操作步骤如下：

a.利用生物CAD系统将CT扫描得到的DICOM数据文件重建得到缺损的三维模型，对缺损模型边缘根据临床手术实际要求进行缺损修正，继而经行缺损重构得到适合临床需求的STL模型；

b.利用生物CAM系统将由生物CAD系统传送过来具有特殊外观的STL模型进行分层并得到初步的路径信息，继而对各层的路径信息根据需要，手动添加支架成型过程中点、线或者各个区域需要的药物、活性因子、以及电纺丝工艺需求等标志信息，最终生成带有各种标志信息的Gcode文件；

c.根据需要分别将支架主体材料与功能性材料(如细胞、药物、活性因子)等置入壳层和芯层的针筒(13)中，将用于电纺丝工艺电纺的微观尺度的材料置于电纺丝供料针筒中；

d.将准备好的针筒分别装入喷嘴装置(7)与微量泵(6)上面，并装配到整个三轴运动机构(Ⅰ)中；通过气泵经调压阀、电磁阀给多喷头的同轴喷头装置中四个针筒实现“时间-压力”型供料；用微量泵(6)的控制器来控制对应供料针筒中的输出液流的速度；

f.利用生物3D打印综合成型系统，将生物CAM系统生成的Gcode文件、高压电源的电纺参数分别加载至各自控制器中，调整Z1轴初始的成型高度，发出运行指令，通过载入的Gocde指令使整个成型系统运行平台实现具有复杂外形轮廓多组分在三维支架空间定点定量挤出的生物结构体支架制作，以及实现生物材料、细胞、生长因子等多组分材料的多梯度打印。