開啟閥集成的氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3d打印噴頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種開啟閥集成的氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭，用于細(xì)胞和生物材料打印，屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于受損大塊軟組織及內(nèi)臟器官的治療，人體組織器官移植是一種極為有效的治療方法。但是由于器官供體來源短缺、免疫排斥等問題存在，器官移植治療在實(shí)際運(yùn)用中存在難以克服的困難。而組織工程的提出為解決上述問題開辟了新的途徑。組織工程是將活細(xì)胞通過某種方法附合在生物材料基質(zhì)或者制備的支架上，來構(gòu)建功能組織替代物。然后將構(gòu)建的組織替代物進(jìn)行培養(yǎng)以后植入患者體內(nèi)，替換原有病變組織器官來恢復(fù)身體機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病治療。目前組織工程皮膚的研宄和運(yùn)用就組織工程良好發(fā)展前景的有效例證。
[0003]傳統(tǒng)組織工程研宄一直受限于細(xì)胞植入技術(shù)，S卩“將細(xì)胞植入到支架上”這一組織工程固有技術(shù)環(huán)節(jié)中，無法將不同種類的細(xì)胞和生物材料精確定位到支架內(nèi)部不同空間位置。實(shí)際上，隨著組織工程研宄的推進(jìn)，研宄工作逐步向大塊軟組織及內(nèi)臟器官方面延生，由于這些組織和器官往往含有多種細(xì)胞和生物材料，而不同細(xì)胞或材料又具有特定的空間排布，因此上述技術(shù)局限性更加凸顯。
[0004]近幾年來，3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，為工業(yè)制造開辟了新的制造生產(chǎn)模式。在生物領(lǐng)域內(nèi)，生物打印、細(xì)胞三維受控組織等技術(shù)也應(yīng)用而生。這些技術(shù)具有操作單個(gè)細(xì)胞或單成分微小尺寸液滴的能力，可以精確控制操作對(duì)象的空間位置和分布，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大塊組織和器官構(gòu)建過程中不同種細(xì)胞和生物材料的空間位置沉積有著巨大的意義。因此，開發(fā)生物打印技術(shù)是未來組織工程研宄的必然趨勢(shì)。而在一個(gè)典型的生物打印機(jī)中，關(guān)鍵部件之一就是成形噴頭。
[0005]為了滿足大塊軟組織和內(nèi)臟器官的多種細(xì)胞和材料的構(gòu)建要求，需要開發(fā)一種多材料成形噴頭。多材料成形噴頭一般采用多個(gè)噴頭并行安裝在同一高度，每個(gè)噴頭可以處理一種材料或細(xì)胞。打印過程中一般只有一個(gè)噴頭在工作，同一高度處在待命狀的其他噴頭就可能存在對(duì)構(gòu)建組織成形面的干擾。為解決這種問題，韓國(guó)浦項(xiàng)大學(xué)Dong-Woo Cho教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的多噴頭組織/器官制造系(MtoBS)，其噴頭部分集成6組噴頭，其中4組為氣動(dòng)擠出成形噴頭，4組位活塞擠出成形噴頭。為了區(qū)分噴頭工作和待命兩種狀態(tài)，每組噴頭配備一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將即參與工作的整個(gè)噴頭組件下放到適合高度，利用高度差與其他待命狀態(tài)噴頭區(qū)分開，可以有效避免待命噴頭在打印過程中對(duì)成形面干擾的情況。但由于施加驅(qū)動(dòng)裝置過多，其系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，并且不具有可擴(kuò)展性(未來的處理可能不僅僅局限在6中細(xì)胞和材料)。
[0006]為了在保證對(duì)待命和工作兩種噴頭狀態(tài)區(qū)分，避免干擾情況出現(xiàn)，同時(shí)簡(jiǎn)化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高可擴(kuò)展性，本實(shí)用新型提供一種基于擠出壓力的推進(jìn)式噴頭組結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]—種開啟閥集成的氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭包括至少兩組擠出成形噴頭單元，每組擠出成形噴頭單元的結(jié)構(gòu)相同，包括下殼體、上殼體、旋蓋、活塞、壓縮彈簧、料筒、開啟閥、快插接頭和針頭，所述上殼體與下殼體通過螺釘緊密連接，接觸面嵌入密封材料進(jìn)行密封；所述旋蓋通過螺紋與上殼體連接，方便拆卸，所述活塞安裝與下殼體內(nèi)部，所述壓縮彈簧上端與活塞下表面接觸，所述料筒的下部安裝在活塞內(nèi)部，所述料筒的上部安裝在上殼體內(nèi)部，所述開啟閥和快插接頭安裝在上殼體上，針頭安裝在料筒的下部。
[0009]優(yōu)選的，所述活塞可以在下殼體內(nèi)部進(jìn)行滑移運(yùn)動(dòng)，活塞與下殼體之間安裝密封圈實(shí)現(xiàn)密封；所述壓縮彈簧上端與活塞下表面接觸，壓縮彈簧下部與下殼體接觸，彈簧處于壓縮狀態(tài)；所述上殼體的下表面可以限制滑移活塞被壓縮彈簧彈出。
[0010]優(yōu)選的，所述料筒下部安裝在活塞內(nèi)部，同軸安裝，與滑移活塞固連在一起，可以隨活塞一起滑移運(yùn)動(dòng)；所述料筒上部安裝在上殼體內(nèi)部，接觸面利用密封圈密封，兩者之間能夠相對(duì)滑動(dòng)。
[0011]優(yōu)選的，所述開啟閥包括閥體、閥套、閥芯、微型壓縮彈簧和密封圈；所述閥套有軸向閥口 A和徑向閥口 B ;所述閥體與閥套安裝在一起，過盈配合；閥芯安裝在閥套內(nèi)，閥芯與閥套之間密封良好，閥芯在閥套內(nèi)部能夠滑移；所述微型壓縮彈簧安裝在閥體與閥芯之間，微型壓縮彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，在微型壓縮彈簧作用下，閥芯與閥套壓緊，閥口 A和B之間斷開。
[0012]優(yōu)選的，所述開啟閥的閥套與上殼體之間裝有密封圈，保證接觸面密封良好；閥體與上殼體之間可以采用螺紋連接，密封良好。
[0013]優(yōu)選的，閥口 A通過流道X和Y與快插接頭直接相通。
[0014]優(yōu)選的，所述活塞采用臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述上殼體、下殼體、活塞、料筒之間始終存在一個(gè)腔體a ;所述腔體a通過流到X與快插接頭直接相通。
[0015]優(yōu)選的，所述上殼體、閥體、閥套之間構(gòu)成一個(gè)腔體b，所述上殼體、料筒和旋蓋之間構(gòu)成腔體c ;所述腔體c和腔體b通過流道聯(lián)通。
[0016]優(yōu)選的，所述針頭可以是醫(yī)用注射針頭，也可以是點(diǎn)膠針頭。
[0017]本實(shí)用新型的多個(gè)噴頭可以在垂直方向上用一個(gè)電機(jī)和相應(yīng)傳動(dòng)裝置來控制沉積高度。而多個(gè)噴頭單元利用擠出的氣動(dòng)壓力本身來驅(qū)動(dòng)噴頭單元內(nèi)部組件的向下運(yùn)動(dòng)Ah,將工作的噴頭從其他噴頭中選出。這樣，既避免其他噴頭對(duì)工作成形面的干擾，也大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本；
[0018]動(dòng)力氣源和壓力開關(guān)(開啟閥)集成到殼體上，一旦回路連接好在使用過程中就不必再做連接和調(diào)整；而裝載打印溶液過程中只需取下旋蓋，移入打印液即可；這樣使得操作更加方便，快捷，對(duì)使用者的能力也沒用太大要求。
[0019]通過更換不同規(guī)格的開啟閥，可以獲得不同的工作擠出壓力P3，適用于不同場(chǎng)合和不同材料的打??；開啟閥更換方便，不用改變噴頭的整體結(jié)構(gòu)，大大提高了其擴(kuò)展應(yīng)用能力。
【附圖說明】
[0020]圖1是3X2形式氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是3X2形式氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭正視圖；
[0022]圖3是3X2形式氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭俯視圖；
[0023]圖4是氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭的噴頭單元結(jié)構(gòu)A-A向全剖視圖；
[0024]圖5是氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭單元活塞處局部放大圖；
[0025]圖6是氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭單元結(jié)構(gòu)B-B向部分剖視圖；
[0026]圖7是開啟閥全剖示意圖；
[0027]圖8是噴頭單元的兩種狀態(tài):左側(cè)圖為待命狀態(tài)(第一噴頭單元I和3)，右側(cè)為工作狀態(tài)(第五噴頭單元5)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程內(nèi)容。
[0029]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種開啟閥集成的氣動(dòng)推進(jìn)式多材料生物3D打印噴頭，至少包含兩個(gè)擠出成形噴頭單元。本實(shí)用新型以圖1的3X2形式的噴頭組做說明，包含第一擠出成形噴頭單元1、第二擠出成形噴頭單元2、第三擠出成形噴頭單元3、第四擠出成形噴頭單元4、第五擠出成形噴頭單元5和第六擠出成形噴頭單元6。
[0030]每個(gè)擠出成形噴頭單元?dú)んw部分包括上殼體8和下殼體7，兩者可以通過螺釘連接，接觸面墊有密封材料，密封良好；旋蓋9通過螺紋連接方式安裝在旋蓋8上，可以自由取下或更換。
[0031]下殼體7內(nèi)部安裝有活塞10，活塞10可以沿下殼體內(nèi)部圓柱壁面上下滑動(dòng)，活塞10與下殼體7之間的接觸面用密封圈16密封；壓縮彈簧11安裝在下殼體7和活塞10之間，彈簧11始終處于壓縮狀態(tài)，在彈簧11作用下活塞10處于最大位移處，即活塞10的上表面與上殼體8 ;活塞10采用臺(tái)階結(jié)構(gòu)，當(dāng)活塞10處于最大位移處時(shí)，只有活塞的凸起面101與上殼體8的下底面接觸，活塞10、上殼體8、料筒12和下殼體7之間形成腔體a，無論活塞處于什么位置，腔體a始終存在；料筒12與活塞10固連在一起，可隨活塞10 —起上下運(yùn)動(dòng)，下面安裝有針頭15，針頭15可以是注射針頭也可以是自制針頭。
[0032]上殼體8上安裝有快插接頭14，通過螺紋連接，用于與氣源輸入軟管連接，快插接頭14可以根據(jù)實(shí)際軟管外徑采用不同規(guī)格；上殼體14上加工一條流道X，將