本發明涉及一種組織工程支架的3d打印裝置及方法。

背景技術：

人體組織缺損的原因包括先天性畸形、創傷、手術等，雖可因人體自我修復的能力完成有限修復，但大部分需要依靠其他方法進行修復。人體的排異能力導致異體異種移植和人工合成物修復往往具有局限性，需要通過自體移植進行修復。但自體移植手術往往或病程冗長，為病人帶來巨大的痛苦和沉重經濟負擔；或對病人短期損傷大，手術難度高、風險高，往往不得不采用截肢等保守療法。

組織工程是是一門以細胞生物學和材料科學相結合，進行體外或體內構建組織或器官的新興學科。組織工程植入物在體內可實現自我降解，并通過干細胞增殖實現原有組織結構和功能的重建，對人體損傷較小，是一種具有發展前景的醫療手段。

以3d打印為代表的增材制造技術，通過堆疊而非去除材料的方式進行制造，并可在計算機的控制管理下，根據零件的cad模型，通過材料的精確堆積，制造具有復雜形狀的原型或零件。基于這種形狀和控制上的自由性和靈活性，增材制造技術在個性化制造方向具有突出優勢，包括原型設計、模具制造、生物領域等，通過計算機控制的多材料增材制造，可以實現多組織、多層次、細胞-支架復合的復雜結構組織工程支架制造。

其中，現有專利文獻如cn201510096765、cn201410745606、cn201410030653等，公開了多種水凝膠復合材料制造細胞-支架復合的復雜結構組織工程支架制造，但所制造的支架往往質地較軟、力學強度較低，不能實現骨等力學支撐組織的共同制造，且部分專利存在工藝流程較多，不能一次性制造的情況；cn201410219481、cn201410205103、cn201510808069等專利文獻則公開了基于3d打印的復雜結構組織建模和模型制造，所制造的模型結構仿真，但成分不具有可移植的生物特性，多用于進行體外觀察和實驗。

組織工程是涉及生物、醫學、材料、制造等多學科領域的交叉技術。其支架制造工藝是支撐實驗探索和臨床應用的基礎技術，且具有較為復雜的結構、性質要求，包括非線性的力學強度、較高的生物相容性、合適的降解速率，以及促進營養輸送和細胞長入的高孔隙率等。目前，實驗中的支架制造工藝往往集中于一種或少數幾種組織的制造，所制造的支架往往結構簡單、形狀單一，難以實現具有自由形狀、多種甚至全部組織組合的復雜結構支架制造。特別地，骨組織作為一種力學強度高的支撐結構，往往需要使用陶瓷、金屬等材料制造，制造工藝中溫度高、時間長，難以與其他組織共同一次性制造成型。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種組織工程支架的3d打印裝置及方法,能實現用多種材料、多種工藝一次性成型復雜結構組織工程支架。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種組織工程支架的3d打印裝置，包括打印模塊、噴涂模塊、細胞植入模塊、打印平臺和溫控模塊；所述打印模塊為具有一個或多個噴頭裝置的擠壓打印裝置，用于擠壓打印成型具有三維宏觀結構的組織工程支架；所述噴涂模塊為具有一個或多個噴嘴的噴涂裝置，用于成型具有二維宏觀結構的組織工程支架；所述細胞植入模塊為具有一個或多個噴嘴的噴墨打印裝置，用于噴出含有種子細胞的微液滴以完成與組織工程支架相對應的細胞和生長因子植入；所述打印平臺位于所述打印模塊的下方，所述組織工程支架成型于所述打印平臺上；所述溫控模塊用于提供溫度可控的打印環境。

進一步地：

所述具有三維宏觀結構的組織工程支架包括骨、軟骨、血管、神經網絡和軟組織中的一種或多種，所述具有二維宏觀結構的組織工程支架包括骨膜和皮膚中的一種或多種。

所述噴涂裝置為點噴涂、面噴涂或靜電紡絲噴涂裝置。

所述打印模塊包括用于控制所述噴頭運動的打印機械臂，并設置成所述打印機械臂相對于所述打印平臺設置成具有至少四個自由度，分別是所述打印機械臂沿水平的x軸、y軸平移的兩個移動自由度，和所述打印平臺沿豎直的z軸平移的移動自由度以及繞z軸旋轉的旋轉自由度；優選地，所述打印機械臂還具有兩個不同方向的旋轉自由度。

所述打印模塊還包括噴頭架，多個噴頭裝置置于所述打印模塊的噴頭架上，由所述打印機械臂抓取使用。

所述噴涂模塊置于打印平臺區側面，所述噴涂模塊的噴嘴沿垂直于所述打印平臺的z軸呈向心陣列排布，并具有沿噴涂方向伸縮的平移自由度。

所述噴墨打印裝置附接在所述打印機械臂上，或者所述噴墨打印裝置置于所述打印模塊的噴頭架上，由所述打印機械臂抓取使用，優選地，所述噴墨打印裝置具有接近人體溫度的保溫溫控裝置，并具有點噴射功能的單一噴頭或陣列噴頭。

所述噴頭裝置具有連接進液流道的進液口，所述進液口上設置有進液口活頁，所述噴頭架、所述噴頭裝置和所述進液口之間配置成：當所述噴頭裝置從所述噴頭架上移除或被所述打印機械臂抓取打印時，所述進液口被所述進液口活頁關閉；當所述噴頭裝置置于所述噴頭架時，所述噴頭裝置觸動所述進液口活頁打開，允許材料注入所述噴頭裝置；優選地，所述進液口連接多個進液流道，所述噴頭裝置內設置有混液器，用于將來自不同進液流道的材料攪拌均勻，更優選地，所述噴頭裝置放置于所述噴頭架上時，所述混液器由所述噴頭架上的供電觸點驅動，所述噴頭裝置被所述打印機械臂夾持時，所述混液器由所述打印機械臂上的供電觸點驅動。

所述溫控模塊包括整體環境溫控裝置或局部環境溫控裝置或上述兩者的組合；優選地，所述局部環境溫控裝置通過冷空氣定點噴射以實現部分打印工藝中所需的快速降溫冷卻，更優選地，所述局部環境溫控裝置包括設置于所述打印機械臂上的冷風出口；優選地，所述整體環境溫控裝置包括設置于所述打印平臺下方的空壓制冷機。

一種組織工程支架的3d打印方法，使用所述的組織工程支架的3d打印裝置一次性成型復雜結構組織工程支架，優選地，所述復雜結構包括具有仿生力學強度的結構、多種組織的共同制造、細胞和生長因子的植入；優選地，采用一種或多種犧牲材料，通過打印后犧牲材料的選擇性去除以實現預定結構的打印。

本發明的有益效果：

本發明提出一種能夠一次性成型復雜結構組織工程支架的3d打印裝置和方法，利用3d打印的自由形狀和精確控制，并結合材料選擇和打印機構設計，實現具有仿生力學強度、多組織組合和良好生物特性的復雜結構組織工程支架制造，并可輔助細胞和生長因子的植入，為組織工程的支架制造提供一種具有集成性和靈活性的多功能平臺。

本發明實現了具有多組織、復雜形狀、綜合力學和生物性能需求的復雜結構組織工程支架一次性制造，所制造的組織工程支架結構組成合理，各組分內部和界面的力學強度較為優秀，并具有3d打印工藝的靈活性、精確性的優點，可以實現支架宏觀、微觀結構，尤其是孔隙率這一重要參數的定性定量優化。這填補了現有技術難以一次性成型多組織支架，特別是難以將骨組織與其他組織共同打印，分步制造效率較低，制造工藝不穩定的缺憾，在大規模組織缺損的臨床治療領域具有重要應用前景。

本發明基于多噴頭3d打印技術和噴涂技術，可在計算機控制下一次性成型具有多組織、良好力學性能、細胞和生長因子植入的組織工程支架，具有較強的制造能力和較高的制造精度。打印得到的組織工程支架整體具備良好的力學性能、一定的生物相容性和可靠的體內降解能力。

附圖說明

圖1為本發明3d打印裝置實施例的3d打印環境整體圖示。

圖2為實施例的3d打印環境的模塊分劃圖。

圖3為實施例的3d打印環境的運動軸示意圖。

圖4為實施例的打印模塊的局部圖。

圖5為實施例的打印模塊進液、混液示意圖。

圖6為實施例的噴涂模塊的示意圖。

圖7為實施例的細胞植入模塊和溫控模塊的示意圖。

圖8為實施例的犧牲材料和較長的細頸噴頭應用例示意。

具體實施方式

以下對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

參閱圖1至圖8，在一種實施例中，一種組織工程支架的3d打印裝置，包括打印模塊201、噴涂模塊202、細胞植入模塊203a、203b、打印平臺303和溫控模塊；所述打印模塊201為具有一個或多個噴頭裝置403的擠壓打印裝置，用于擠壓打印成型具有三維宏觀結構的組織工程支架；所述噴涂模塊202為具有一個或多個噴嘴的噴涂裝置，用于成型具有二維宏觀結構的組織工程支架；所述細胞植入模塊203a、203b為具有一個或多個噴嘴的噴墨打印裝置，用于噴出含有種子細胞的微液滴以完成與組織工程支架相對應的細胞和生長因子植入；所述打印平臺303位于所述打印模塊201的下方，所述組織工程支架成型于所述打印平臺303上；所述溫控模塊用于提供溫度可控的打印環境。

在優選實施例中，所述具有三維宏觀結構的組織工程支架包括骨、軟骨、血管、神經網絡和軟組織中的一種或多種，所述具有二維宏觀結構的組織工程支架包括骨膜和皮膚中的一種或多種。

在優選實施例中，所述噴涂裝置可以為點噴涂、面噴涂或靜電紡絲噴涂裝置。

在優選實施例中，所述打印模塊201包括用于控制所述噴頭運動的打印機械臂301，并設置成所述打印機械臂301相對于所述打印平臺303具有至少四個自由度，分別是所述打印機械臂301沿水平的x軸、y軸平移的兩個移動自由度，和所述打印平臺303沿豎直的z軸平移的移動自由度以及繞z軸旋轉的旋轉自由度。其中，三個平移自由度實現打印模塊的基礎功能，z軸的平移、旋轉兩個自由度與噴涂模塊202配合實現噴涂模塊的基礎功能。更優選地，所述打印機械臂301還具有兩個不同方向的旋轉自由度，可實現六自由度全方向打印功能。

在優選實施例中，所述打印模塊201還包括噴頭架，多個噴頭裝置403置于所述打印模塊201的噴頭架上，由所述打印機械臂301抓取使用。

在優選實施例中，所述噴涂模塊202置于打印平臺區側面，所述噴涂模塊202的噴嘴沿垂直于所述打印平臺303的z軸呈向心陣列排布，并具有沿噴涂方向伸縮的平移自由度。所述平移自由度與所述打印平臺303在z軸方向的平移和旋轉自由度配合，可實現柱坐標三自由度的自由噴涂。

在優選實施例中，所述噴墨打印裝置附接在所述打印機械臂301上，或者所述噴墨打印裝置置于所述打印模塊201的噴頭架402上，由所述打印機械臂301抓取使用，優選地，所述噴墨打印裝置具有接近人體溫度的保溫溫控裝置，并具有點噴射功能的單一噴頭或陣列噴頭。

在優選實施例中，所述噴頭裝置403具有連接進液流道的進液口501a、501b，所述進液口上設置有進液口活頁502，所述噴頭架402、所述噴頭裝置403和所述進液口501a、501b之間配置成：當所述噴頭裝置403從所述噴頭架402上移除或被所述打印機械臂301抓取打印時，所述進液口被所述進液口活頁關閉；當所述噴頭裝置403置于所述噴頭架時，所述噴頭裝置403觸動所述進液口活頁打開，允許材料注入所述噴頭裝置403；優選地，所述進液口連接多個進液流道503a、503b，所述噴頭裝置403內設置有混液器，用于將來自不同進液流道的材料攪拌均勻，更優選地，所述噴頭裝置403放置于所述噴頭架上時，所述混液器由所述噴頭架上的供電觸點驅動，所述噴頭裝置403被所述打印機械臂301夾持時，所述混液器由所述打印機械臂301上的供電觸點驅動。

在優選實施例中，所述溫控模塊包括整體環境溫控裝置或局部環境溫控裝置或上述兩者的組合；優選地，所述局部環境溫控裝置通過冷空氣定點噴射以實現部分打印工藝中所需的快速降溫冷卻，更優選地，所述局部環境溫控裝置包括設置于所述打印機械臂301上的冷風出口703；優選地，所述整體環境溫控裝置包括設置于所述打印平臺303下方的空壓制冷機705,其通過下方冷風出口705提供冷風。

參閱圖1至圖8，在另一種實施例中，一種組織工程支架的3d打印方法，使用所述的組織工程支架的3d打印裝置一次性成型復雜結構組織工程支架，優選地，所述復雜結構包括具有仿生力學強度的結構、多種組織的共同制造、細胞和生長因子的植入；優選地，采用一種或多種犧牲材料，通過打印后犧牲材料的選擇性去除以實現預定結構的打印。

在一些實施例中，所述打印模塊為一個或多個噴頭的擠壓打印裝置，可擠出成型具有三維宏觀結構的組織工程支架，所打印的組織包括但不限于骨、軟骨、血管和神經網絡、軟組織等。

在一些實施例中，所述噴涂模塊為一個或多個噴嘴的噴霧裝置，可進行點噴涂、面噴涂或靜電紡絲，成型具有二維宏觀結構的組織工程支架，所噴涂的組織包括但不限于骨膜、皮膚等。

在一些實施例中，所述細胞植入模塊為一個或多個噴嘴的噴墨打印裝置，可擠出含有種子細胞的微液滴，完成與所述各種打印組織相對應的細胞和生長因子植入。

在一些實施例中，所述溫控模塊包括環境溫控裝置和局部冷卻裝置；所述環境溫控可采用整體環境溫控、局部環境溫控或上述兩者的組合，提供溫度可控的打印環境；所述局部制冷包括但不限于冷空氣定點噴射等形式，用于部分打印工藝中所需的快速降溫冷卻。

在一些實施例中，各模塊，特別是所述的打印模塊、噴涂模塊、細胞植入模塊和局部冷卻裝置，在打印環境中進行合理的空間布局，并通過計算機軟件進行多材料路徑規劃和工藝規劃，以實現各噴頭、噴嘴和冷空氣噴嘴的自由切換和配合打印；所述打印環境優選配置紫外燈等合理的消毒殺菌裝置并具有符合生物操作要求的潔凈度，優選為封閉或半封閉環境。

具體來說，在優選的實施例中：

所述打印環境優選為封閉的箱狀環境，包括打印平臺區和噴頭裝夾區；所述打印平臺區是支架打印所占的區域，包括打印平臺表面及其上方的柱狀區域，尺寸、形狀根據所打印復雜組織的整體尺度設計，此處優選為底面直徑15cm，高15cm的圓柱形；所述噴頭裝夾區用于陳設所述的各模塊噴頭噴嘴，為環繞打印平臺區的環形區域，并為了保證溫控效果，應盡可能小。考慮必要的機構設置后，噴頭裝夾區外緣尺寸優選為30cm×30cm×30cm的立方體區域，這也是打印環境的整體尺寸。

所述打印模塊優選為可切換的多噴頭打印裝置，置于打印平臺區上方，具有一個或多個噴頭裝置，噴頭架，以及一個打印機械臂；所述多個噴頭裝置分別用于打印不同的組織支架材料，并具有內部儲料、送料和保溫裝置，未打印時存放于所述噴頭架上；所述噴頭架裝設于打印環境側上棱線；所述打印機械臂用于抓取單個噴頭裝置，組合成可自由運動的噴頭機構，操縱噴頭運動并完成打印。

在一種優選實施例中，所述的組織支架材料為骨、軟骨、血管、神經和軟組織，所述骨打印的噴頭裝置具有較高的耐熱性、保溫溫度(80～100℃)和擠出力，所述血管打印的噴頭裝置為血管壁/血管內犧牲材料組合的雙材料共軸打印噴頭；在其他優選方案中，還可以減少或增加所打印材料的種類，如將骨組織劃分為皮質骨與松質骨，采用不同材料打印；打印無神經或無血管組織時，取消對應的噴頭設置；將軟組織劃分為類肌肉組織和類脂肪組織等。

在一種優選實施例中，所述噴頭架和所述打印機械臂上均設有供電線路，分別在噴頭裝置存放期間和打印期間為所述的噴頭儲料、送料和保溫裝置提供電力，并通過機械臂的抓取動作實現切換；在另一種優選方案中，各噴頭裝置具有獨立的供電線路，從打印環境上方引線，并通過張直卷簧機構拉直供電線路，避免各供電線互相碰撞或纏卷。

所述打印機械臂與所述打印平臺的組合至少具有3個運動自由度，并可在打印平臺區和噴頭架區域自由運動和抓取噴頭。在一種優選方案中，所述打印機械臂具有沿x、y軸的兩個平移運動自由度和x、y軸的兩個旋轉運動自由度，可進行4自由度的運動；所述打印平臺可進行沿z軸的平移和繞z軸的旋轉；合計為6個運動自由度，滿足全方向運動的需求，可以更自由地成型所述打印支架中的內凹和斜面結構。

所述噴涂模塊優選為可切換的多噴嘴噴涂裝置，置于打印平臺區側面，具有一個或多個噴嘴裝置，并配合設計打印平臺的z軸運動機構；所述噴嘴裝置優選為沿打印平臺的z旋轉軸呈向心陣列排布，并具有沿噴涂方向伸縮的平移自由度；所述z軸運動機構具有上下移動的平移自由度和繞z軸的旋轉自由度，可令打印平臺進行360度旋轉和上下運動，并配合噴嘴裝置的伸縮運動，實現所述組織工程支架的全方向表面噴涂。

在一種優選實施例中，所述的噴涂材料包括骨膜、表層皮膚、深層皮膚和組織黏合劑，其中骨膜和表層皮膚具有較強的拉伸、剪切力學性能，用于為支架提供力學強度；深層皮膚具有良好的生物相容性和降解性，起到對真皮組織的仿生重建效果，可用于種植細胞；組織黏合劑則為無生物毒性的粘合材料，用于提高各打印組織之間的界面強度，可與骨膜、皮膚等分步或混合噴涂。在其他優選方案中，還可以減少或增加所噴涂材料的種類，如增加其他體內膜類材料，或用噴涂手段，在支架界面上植入特定細胞和生長因子。

在一種優選實施例中，所述的噴嘴裝置包括普通霧化噴嘴和近場靜電紡絲噴嘴，其中普通霧化噴嘴可將材料噴出為廣域泰勒錐形式，完成無纖維結構的均勻噴涂，用于較高效率地噴涂機械強度較低或液態均質的材料，如組織黏合劑和生長因子等；近場靜電紡絲噴嘴可在較小范圍內噴射機械強度較高的纖維結構材料，用于噴涂機械強度要求較高地材料，如骨膜等；在其他的優選方案中，還可采用其他形式的噴嘴。

在一種優選實施例中，每當所述打印模塊完成單一組織一層或多層的打印，所述噴嘴裝置即對所打印的組織側面進行一次噴涂，與打印工藝同步完成所述二維組織的制造；在其他的優選方案中，如皮膚等位于整體組織外側的二維組織，可以在其他組織全部打印完成后再一次性噴涂。

所述細胞植入模塊優選為可切換的多路噴墨打印裝置，附屬于所述的打印模塊。在一種優選方案中，所述多路噴墨打印裝置直接懸掛于所述打印模塊的打印機械臂上，以實現無需噴頭切換的細胞植入，提高打印效率；在其他優選方案中，所述多路噴墨打印裝置作為一個噴頭裝置，置于所述打印模塊的噴頭架上，如其他噴頭裝置般，通過打印機械臂抓取使用。

優選地，所述多路噴墨打印裝置具有接近體內溫度(37℃)的保溫溫控，并具有點噴射的3d打印功能，可由單一噴頭或陣列噴頭，從多種細胞(或生長因子)中選擇噴出符合當前所打印組織支架的細胞(或生長因子)種類。

在一種優選實施例中，每當所述打印模塊和所述噴涂模塊完成一層組織打印，所述多路噴墨打印裝置便在這一層噴射相應的一種或多種細胞(或生長因子)；在其他優選方案中，還可在打印路徑中留出豎直宏觀孔隙，在多層組織打印完成后通過孔隙注入一種或多種細胞(或生長因子)。

所述溫控模塊包括環境溫控裝置和局部冷卻裝置，分別優選為所述打印環境的冰箱制冷，和所述打印機械臂的局部風冷。

所述環境溫控裝置優選為風冷式冰箱制冷，可以提供比較均勻的溫控效果，提供比外界環境略低的溫度，便于打印支架材料的冷卻和輔助定型。考慮到常用的水凝膠材料需要在一定溫度下實現初步定型，而細胞需要冰點以上的環境保證存活，選擇打印環境溫度為0～10℃。

所述局部冷卻裝置優選為定點風冷，用于對所需打印溫度較高的材料進行局部冷卻，便于之后的其它材料打印和細胞植入，保證細胞存活率。優選冷卻裝置為附著在打印機械臂上，與抓取的打印噴頭平行設置的冷卻空氣噴嘴，優選風冷溫度為0～5℃。

所述打印溫度較高的材料主要為骨組織支架的打印材料，常用的陶瓷、金屬等材料，往往需要數百攝氏度的打印溫度，不適用于與其他組織工程材料共同打印；在本實施例中，骨組織支架的打印材料優選為磷酸鈣骨水泥，根據專利cn201510836310、cn201510032677所述，本類材料可在100℃以下的溫度環境打印成型，固化時間較短，并可達到500mpa級的壓縮模量和5mpa級的抗壓強度。可以滿足骨組織打印的力學要求，并通過環境溫控和局部冷卻裝置的共同作用，在短時間內冷卻至接近體溫、適宜細胞存活的溫度。

此外，為了滿足生物制造的需求和復雜結構的一次性成型，還可采用如下的輔助設置。在優選的實施例中：

1.通過上述的模塊設置，所述打印方法已經實現了合理的空間布局；此外，通過計算機軟件，對所打印的組織工程支架進行多材料建模、路徑規劃和工藝規劃，以實現各噴頭、噴嘴和冷空氣噴嘴的自由切換和配合打印。

2.所述打印環境配置紫外燈等合理的消毒殺菌裝置，并具有符合生物操作要求的潔凈度，優選為封閉或半封閉環境。在進一步的優選方案中，所述打印機械臂、噴頭裝置和噴嘴裝置，尤其是擠出打印支架材料和噴墨細胞材料的各噴頭裝置，還應具有一定的可拆卸性和可清潔性，以便于換料和清潔。

3.所述打印模塊采用一種或多種犧牲材料，通過打印后犧牲材料的選擇性去除實現血管腔、組織內部空腔等特定結構的打印。所述犧牲材料優選為水溶性或熔點低于100℃的熱熔性材料，包括但不限于水溶性凝膠、低熔點凝膠或臘等。此外，犧牲材料還對骨組織、軟組織等三維組織打印起到支撐作用，利于凹陷狀、斷崖狀等特殊形狀的打印。

4.在如前所述的優選實施例中，所述打印機械臂具有兩個額外的旋轉自由度，所述打印平臺具有一個額外的旋轉自由度，便于實現所述組織工程支架的全方向打印和噴涂，改善斜面結構的打印效果，并可均勻和便捷地進行打印和噴涂工藝；在其他的優選實施例中，還可對其他裝置，如所述噴涂模塊噴嘴設計額外的運動自由度，以改善噴涂效果和復雜結構的噴涂靈活度。

5.所述的各噴頭噴嘴，部分或全部具有較長的細頸結構，可對同一材料打印多層后再切換噴頭，減少噴頭切換的總次數，提升打印效率。

6.為配合部分打印材料如骨水泥等在混料完成后隨時間固化，液態持續時間較短的特性，為部分噴頭、噴嘴設置進料和混料裝置。在一種實施例中，所述進料裝置設置在打印環境上壁上，并位于噴頭架的正上方，包括進料口，活頁和進料流道。所述進料口設置有所述活頁，平時為常閉狀態，只有當骨材料打印的噴頭裝置放置在噴頭架上時，才被噴頭裝置上方的接頭圓管頂開，使所述進料流道與噴頭裝置內部料腔密切接合。所述進料流道包含兩支路，分別存放構成骨水泥的固態材料和液態材料，僅在進料時共同開啟。所述混料裝置設置于噴頭內部，為旋轉扇葉攪拌機構，通過勻速轉動令進料裝置輸入的兩種材料均勻混合，便于打印。通過所述的進料和混料裝置設計，并結合進料流道流速設計，可以隨骨組織的打印進程分多步輸入打印材料，避免打印材料在料腔中的提前固化，滿足打印需求。

圖1所示為優選實施例中所述3d打印環境實施例的整體圖示。其中100為所述打印環境內部區域，包括所述噴頭裝夾區101、所述打印平臺區102，打印環境下方有所述風冷制冷機103。

圖2所示為優選實施例中所述3d打印環境的模塊分劃。其中201為所述打印模塊，202為所述噴涂模塊，203a和203b所示為所述細胞植入模塊在兩種不同實施例中的設置方案，204為所述溫控模塊。

圖3所示為優選實施例中所述3d打印環境的運動軸示意圖。其中，301為所述打印機械臂，302為所述噴涂噴嘴，303為所述打印平臺。301具有如圖所示的4個運動自由度，包括沿x、y軸的平移自由度a、b，和兩個旋轉自由度c、d，其中a、b由步進電機或伺服電機驅動的螺桿導軌機構實現，c、d由打印機械臂內部的小型旋轉電機實現；302具有伸縮的平移自由度e，由螺桿步進電機實現；303具有沿z軸的平移自由度f和繞z軸的旋轉自由度g，其中f由步進電機或伺服電機驅動的螺桿導軌機構實現，g由附著在平臺上的旋轉電機實現。由此可知，附著于打印機械臂的打印模塊、細胞植入模塊和溫控模塊至少具有3個平移自由度，并可能具有額外的3個旋轉自由度；噴涂模塊具有柱坐標系形式的2個平移自由度和1個旋轉自由度。打印靈活性較高。

圖4所示為優選實施例中所述噴頭模塊的局部圖。其中301為所述打印機械臂，402為所述噴頭架，403為所述噴頭裝置，其中301頂端和403側面有機械臂抓取接口404，用于所述機械臂與所述噴頭裝置的連接。

圖5為優選實施例中所述噴頭模塊進液、混液的優化實施例示意圖。所述噴頭裝置具有進液口501a，與所述打印環境上壁上的進液口501b密切配合。501b上有所述進液口活頁502和所述進液流道503a、503b。當噴頭裝置移除或被抓取打印時，502關閉，無法送液；當噴頭裝置置于于噴頭架上時，502打開，允許兩種材料通過503a和503b注入噴頭裝置，由所述混液器504攪拌均勻，完成打印材料的即時配置，并在短時間內用于打印。所述混液器為勻速轉動的扇葉機構，由噴頭裝置上的小型電機驅動。在一種優選方案中，噴頭裝置放置于噴頭架上時，所述混液器由噴頭架上的低壓供電觸點驅動，被打印機械臂夾持時，所述混液器由打印機械臂上的低壓供電觸點驅動；在另一種優選方案中，所述混液器由噴頭裝置內置電池驅動。

圖6為優選實施例中所述噴涂模塊的示意圖。其中601為噴嘴平臺；602為單個噴嘴，可選擇普通霧化噴嘴或電紡噴嘴；603為單個噴嘴的向心伸縮運動機構，螺桿電機驅動。

圖7為優選實施例中所述細胞植入模塊和所述溫控模塊的示意圖。其中細胞植入模塊包括所述多路細胞/生長因子存放腔室701，通過選擇性的噴墨控制，選擇一路從噴墨頭702噴出；溫控模塊包括所述局部冷卻裝置的冷風出口703，還包括所述整體溫控的冷風出口704，通過設置于打印環境下方的空壓制冷機705實現制冷。

圖8為優選實施例中所述犧牲材料和所述較長的細頸噴頭應用例示意。其中，圖左所示為犧牲材料的應用例，801和802為兩種打印材料，803為犧牲材料，通過犧牲材料803的輔助支撐和除去，實現了復雜凹陷和斜面結構703的打印；圖右所示為長頸噴頭的應用例,804與805仍為兩種打印材料，在噴頭細頸806較短時，往往打印高度d1即需切換噴頭；細頸較長時，打印高度d2才需要切換噴頭。但806的長度也受到材料冷卻速率和噴頭剛度的影響，無法無限增長，需結合實際選擇合適長度。

以上內容是結合具體/優選的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應當視為屬于本發明的保護范圍。