專利名稱：轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組織工程領(lǐng)域，特別涉及一種轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成
形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
組織工程是目前較為熱門的一門交叉學(xué)科。其三大要素是細(xì)胞、生物材料支架及 生長(zhǎng)因子。 在多孔支架的成形工藝方面，傳統(tǒng)的成形工藝包括纖維編織法、纖維粘接法、熱 致相分離法、溶液澆鑄致孔劑浸出法、熔化造型法和氣壓造孔法等。這些方法可以都可以成 形二維或三維的多孔支架。但是這些工藝制備的支架均存在一定的局限，如缺乏穩(wěn)定的結(jié) 構(gòu)、力學(xué)性能差或存在有害化學(xué)溶劑殘留等。所有這些傳統(tǒng)工藝都不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非均質(zhì) 材料支架的成形制造，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的靈活和準(zhǔn)確的控制，不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的植入 物制造。 20世紀(jì)90年代中后期開始，先進(jìn)的制造技術(shù)--決速成形技術(shù)進(jìn)入支架的成形
領(lǐng)域，為解決傳統(tǒng)的支架成形技術(shù)所存在的問題提供了新的思路。美國(guó)的麻省理工學(xué)院、卡 內(nèi)基梅隆大學(xué)、密歇根大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)和國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)都在從事這方面的研究工 作。其中，有的研究者采用現(xiàn)有的快速成形工藝設(shè)備和支架材料直接成形，如新加坡國(guó)立大 學(xué)D. Hutmacher的研究小組、麻省理工學(xué)院M. J. Cima的研究小組和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的骨組 織工程中心。而另外一些研究者則致力于為組織工程的支架材料開發(fā)新的快速成形工藝， 以滿足支架成形的特殊要求，如清華大學(xué)的激光快速成形中心。 低溫沉積制造工藝是由清華大學(xué)機(jī)械系材料加工技術(shù)研究所針對(duì)生物材料成形 的特殊要求而開發(fā)的新工藝。低溫沉積制造是指將支架材料制成液態(tài)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 下，經(jīng)由噴頭，將溶液以絲狀擠出，在低溫成形室中堆積成形。
低溫沉積制造具體的工藝過程為 ①用三維建模軟件建立三維模型，用分層處理軟件將模型分層，得到用于成形的 坐標(biāo)代碼。 ②選擇實(shí)驗(yàn)的材料，按照合適的比例配制溶液，制成備用。 ③將材料加入到成形設(shè)備的各噴頭的噴射器中，計(jì)算機(jī)中的控制軟件根據(jù)輸入的 層片文件和設(shè)定的加工參數(shù)控制各噴頭的掃描運(yùn)動(dòng)和擠壓/噴射運(yùn)動(dòng)。在低溫成形室中， 從噴頭中出來的材料迅速凝固且相互粘接在一起，堆積成形冷凍支架。 ④將冷凍支架放入冷凍干燥機(jī)中，進(jìn)行冷凍干燥處理，去除溶劑，得到常溫下為固 態(tài)的支架。在此過程中，溶劑的升華使冷凍支架內(nèi)產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)。 目前清華大學(xué)機(jī)械系已經(jīng)有了相應(yīng)的單噴頭和雙噴頭的三維支架受控成形裝置， 并且對(duì)噴頭的設(shè)計(jì)和成形性能做了相關(guān)研究，設(shè)計(jì)并制作了活塞擠壓噴頭。如清華大學(xué)先 進(jìn)制造快速成形實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的CLRF-2000-II型生物材料快速成形機(jī)。
然而，人體中的復(fù)雜組織或器官一般都是由兩種或兩種以上不同材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而且各個(gè)結(jié)構(gòu)間相互聯(lián)系。隨著研究的不斷深入，對(duì)非均質(zhì)多種不同材料三維結(jié)構(gòu)的 成形提出了要求。而原有的單噴頭和雙噴頭無法滿足科學(xué)發(fā)展及臨床病人的要求；具有多 噴頭的復(fù)雜器官三維受控成形裝置的設(shè)計(jì)和研發(fā)便成為必然。 目前國(guó)外Clemson大學(xué)的Boland T和Mironov V已經(jīng)生產(chǎn)出基于商用噴墨打印機(jī) 的細(xì)胞打印裝置，但利用其成形材料有限，精度不高，三維控制弱；University of Arizona 的SmithCM等設(shè)計(jì)出三維生物組裝裝置，有一系列沉積噴頭，成形不同材料，但是成形工藝 不突出，成形結(jié)構(gòu)體較簡(jiǎn)單，近似平面；Univ Calif San Diego的Bhatia SN等研發(fā)的三維 光繪圖技術(shù)，成形效率低，結(jié)構(gòu)體近似二維，且用紫外光，光固化誘導(dǎo)劑DMPA有毒性。
對(duì)于現(xiàn)有的雙噴頭及多噴頭成形裝置來說，噴頭排列在固定平臺(tái)上并隨著固定平 臺(tái)運(yùn)動(dòng)噴料的方式是主要的噴射方式，該種方式存在以下不足 ①若干個(gè)噴頭排列在固定平臺(tái)上，要求支架成形區(qū)域是所有噴頭所能覆蓋的區(qū)域
的交集，為開發(fā)多噴頭成形裝置帶來了不便，無法滿足對(duì)大尺寸支架的成形要求； ②對(duì)于若干個(gè)噴頭排列在固定平臺(tái)的方式來說，其各噴頭的位置參數(shù)是不一樣
的，因此，會(huì)給成形的編程控制過程帶來麻煩，而且對(duì)于噴頭組件的相互切換也造成一定的不便。 多噴頭及成形工藝相關(guān)的概念，在中國(guó)國(guó)家專利(申請(qǐng)?zhí)?0124985. 1)(申請(qǐng)?zhí)?200510063378. 7)(申請(qǐng)?zhí)?00610011550. 9)(申請(qǐng)?zhí)?00410009787. 4)(申請(qǐng)?zhí)?1141863. X)(申請(qǐng)?zhí)?2148654. 9)里都有提及，不過，對(duì)于多噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有特定的說明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，順應(yīng)非均質(zhì)多種不同材料成形的需要，提 供一種轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)盤式多噴頭交互成形 方式，具有自動(dòng)化程度高，裝置簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)多種材料的大型器官前體三 維精確成形。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述系統(tǒng)包括箱體、支架、噴射裝置、成形室、三維運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、成形臺(tái)、制冷裝置以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的噴射裝置采用轉(zhuǎn)盤式 多噴頭噴射裝置，該轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置包括轉(zhuǎn)盤以及至少一個(gè)噴頭組件，所述的噴頭 組件周向均勻分布在所述轉(zhuǎn)盤上，且與轉(zhuǎn)盤固接；所述箱體被隔板分成上下兩部分，所述轉(zhuǎn) 盤式多噴頭噴射裝置設(shè)置在箱體的上部，所述的成形室設(shè)置在箱體的下部；所述隔板包括 固定隔板和轉(zhuǎn)動(dòng)隔板，所述固定隔板固定在箱體上，中間設(shè)有一個(gè)圓形孔洞，所述轉(zhuǎn)動(dòng)隔板 與所述的圓形孔洞間隙配合，并與轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置固接；所述噴頭組件的下部穿過 轉(zhuǎn)動(dòng)隔板進(jìn)入成形室。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述 轉(zhuǎn)盤為圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形或多邊形。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述 三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述成形臺(tái)與所述Z軸運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)固接；所述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室內(nèi)。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述 X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和
4Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與 所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述 噴頭組件包括噴射器、控制電機(jī)、壓塊、螺桿、噴頭組件支架、加熱管和熱電偶；所述控制電 機(jī)固定在所述噴頭組件支架的上部且與所述螺桿固接；所述噴頭組件支架上設(shè)有壓塊導(dǎo) 槽，所述壓塊導(dǎo)槽方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊放置在壓塊導(dǎo)槽中；所述壓塊和螺桿構(gòu)成絲 杠_螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管與噴頭組件支架下部固接，所述噴射器放置在加熱管中。
本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述 成形室內(nèi)設(shè)有紫外滅菌器件。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果 ①本發(fā)明采用轉(zhuǎn)盤來構(gòu)造多噴頭的周向排列方式，可以實(shí)現(xiàn)噴頭間的自由切換， 自動(dòng)化程度高，可用于非均質(zhì)多種材料支架的成形； ②本發(fā)明采用轉(zhuǎn)盤來構(gòu)造多噴頭的排列方式，可以根據(jù)需要選用合適數(shù)量的噴 頭，而且支架成形的區(qū)域較大的； ③對(duì)于支架成形的編程控制來說，只須通過控制轉(zhuǎn)盤控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來換噴頭， 不受噴頭位置參數(shù)的影響。 ④本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過控制工作臺(tái)來運(yùn)動(dòng)使支架成形，相對(duì)于移動(dòng)整個(gè)噴頭部件來
說，操作簡(jiǎn)單了很多，而且可以降低運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)的功率，起到節(jié)能的作用。 綜上，本發(fā)明所述系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制及數(shù)據(jù)處
理系統(tǒng)綜合實(shí)現(xiàn)了非均質(zhì)多種材料支架的成形。該系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)盤式多噴頭交互成形方式，
具有結(jié)構(gòu)自動(dòng)化程度高，成形區(qū)域大，裝置簡(jiǎn)單可靠，節(jié)能易控制等優(yōu)點(diǎn)，適用于組織工程
中具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)多種材料支架的精確成形。


圖1是本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的實(shí)施例的 主視圖(部份剖視)。
圖2是本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的實(shí)施例的
俯視圖(未畫出箱體蓋、固定隔板、控制系統(tǒng)硬件及紫外滅菌器件)。 圖3是轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置的俯視圖。 圖4是轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置的主視圖。 圖5是固定隔板和轉(zhuǎn)動(dòng)隔板示意圖。 圖6是噴頭組件的主視圖和側(cè)視圖。 圖7是三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖。 圖8是Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及成形臺(tái)的主視圖及側(cè)視圖。 圖9是低溫沉積制造的簡(jiǎn)易工藝流程。 在圖1至圖9中 l-箱體， 11-上支架， 12-下支架， 13-固定隔板， 14-轉(zhuǎn)動(dòng)隔板， 15-箱門，
2-轉(zhuǎn)盤控制電機(jī)，3-轉(zhuǎn)盤，
4_噴頭組件，41--噴頭控制電機(jī)，42--壓塊螺桿，43-壓塊，44--噴頭組件支架，45--壓塊導(dǎo)槽，5_加熱管，61-噴射器，62--活塞，63--噴射管，64-噴頭，65--熱電偶，7-X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，71--x軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)，,72--x軸絲杠，73-X軸光杠，74--X軸運(yùn)動(dòng)滑塊，8-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，81--Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)，,82--Y軸絲杠，83-Y軸光杠，84--Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一，85--Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二，9-Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，91--z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)，,92--z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿，93-Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽，94--z軸運(yùn)動(dòng)滑塊，95--z軸運(yùn)動(dòng)螺管，io-成形臺(tái)，20--制冷裝置，21--成形室，22-紫外滅菌器件，23--控制系統(tǒng)硬件，24--計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，25-控制面板，26--工作臺(tái)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程 內(nèi)容。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的實(shí)施例，如圖1 圖3所示，所述系統(tǒng)包括箱體1、支架、噴射裝置、成形室21、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成形臺(tái)10、制冷 裝置20以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的噴射裝置采用轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置，該轉(zhuǎn)盤式 多噴頭噴射裝置包括轉(zhuǎn)盤3以及至少一個(gè)噴頭組件4，所述的噴頭組件4周向均勻分布在所 述轉(zhuǎn)盤3上，且與轉(zhuǎn)盤3固接，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶著噴頭組件4 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以換用不同的噴頭工作； 所述箱體1被隔板分成上下兩部分，所述轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置設(shè)置在箱體1的上部，所述 的成形室21設(shè)置在箱體1的下部；如圖5所示，所述隔板包括固定隔板13和轉(zhuǎn)動(dòng)隔板14， 所述固定隔板13固定在箱體1上，中間設(shè)有一個(gè)圓形孔洞，所述轉(zhuǎn)動(dòng)隔板14與所述的圓形 孔洞間隙配合，并與轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置固接，且隨轉(zhuǎn)盤3 —起轉(zhuǎn)動(dòng)；由于轉(zhuǎn)動(dòng)隔板14與 圓形孔洞間隙配合，保證了成形室21的致冷密封性；所述噴頭組件4的下部穿過轉(zhuǎn)動(dòng)隔板 14進(jìn)入成形室21 ，便于成形工作的進(jìn)行。 本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)盤3可以采用圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形或多邊形，本實(shí)施例 中，轉(zhuǎn)盤3為近似正六邊形，如圖3 4所示。 圖7、圖8為本發(fā)明三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)7、 Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9，所述成形臺(tái)10與所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9固接；所 述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室21內(nèi)。所述X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7包括X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn) 動(dòng)滑塊74 ;所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括X軸絲杠72和X軸光杠73 ;所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8包括Y 軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括Y軸絲杠82和Y軸光杠83 ;Y軸運(yùn)動(dòng) 滑塊包括Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85 ;所述X軸絲杠72和X軸光杠73兩端分 別固接在所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85上；X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74套接在所述X 軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上；X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)71固定在所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85上，且X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)85的電機(jī)軸與X軸絲杠72固接；X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)71轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74做X軸 平動(dòng)；所述Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括Y軸絲杠82和Y軸光杠83 ;所述Y軸絲杠82和Y軸光杠83 兩端固接在所述下支架12上；所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85分別套接在Y 軸絲杠82和Y軸光杠83上；Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)81固定在所述下支架12上，與Y軸絲杠連 接，Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊做Y軸方向平動(dòng)。所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9固 接在所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74上，包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽93和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94 ;Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī) 91固定在X軸運(yùn)動(dòng)滑塊上，Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91的電機(jī)軸與Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92固接；Z 軸運(yùn)動(dòng)滑塊94位于Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽93上且套接在Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92上；Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95 套接在Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92上且與所述Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94固接；Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94和Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95 —起做Z軸方向平動(dòng)；所述成形臺(tái)10固接于所述 Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95上；所述成形臺(tái)10可以隨著X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、 Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8、 Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)9 一起做X、 Y、 Z三維方向運(yùn)動(dòng)。 圖6為本發(fā)明噴頭組件4的結(jié)構(gòu)示意圖，所述噴頭組件4包括噴射器61、控制電機(jī) 41、壓塊43、螺桿42、噴頭組件支架44、加熱管5和熱電偶65 ;所述控制電機(jī)41固定在所述 噴頭組件支架44的上部且與所述螺桿42固接；所述噴頭組件支架44上設(shè)有壓塊導(dǎo)槽45， 所述壓塊導(dǎo)槽45方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊43放置在壓塊導(dǎo)槽45中；所述壓塊43和螺桿 42構(gòu)成絲杠-螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管5與噴頭組件支架44下部固接，所述噴射器61放 置在加熱管5中；噴射器61包括活塞62、噴射管63、噴頭64 ;將噴射器61放置在加熱管5 中，控制電機(jī)41轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓塊43下降，推動(dòng)活塞62向下移動(dòng)，擠壓噴射器61內(nèi)所裝的成形 材料，使之?dāng)D出成形。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，所述成形室21內(nèi) 設(shè)有紫外滅菌器件22。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，所述控制及數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)24和控制系統(tǒng)硬件23。 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，所述箱體1外部設(shè) 有控制面板25。 結(jié)合圖1 圖9，本實(shí)施例的工作原理和工作過程，敘述如下 復(fù)雜器官前體，即支架成形前，用三維建模軟件建立三維模型，用分層處理軟件將 模型分層，得到用于成形的NC代碼。將層片文件和加工參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制軟件。
選擇實(shí)驗(yàn)的材料，本實(shí)施例中用PLGA溶液和明膠溶液按照合適的比例配制溶液， 制成成形材料備用。 先啟動(dòng)紫外滅菌器件22，給整個(gè)箱體1滅菌。 將成形材料加入到轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的各噴頭組件4 的噴射器61中，手動(dòng)推動(dòng)活塞62除去其中的氣泡，再將噴射器61置于加熱管5中。在安 裝噴射器61的過程中，可以先手動(dòng)旋動(dòng)壓塊螺桿42，使壓塊43上升，為安裝空出足夠的空 間。使加熱管5工作并用熱電偶65監(jiān)測(cè)溫度，確保成形材料的溫度穩(wěn)定而且不會(huì)凝固。
噴射器61安裝完畢后，可手動(dòng)或通過控制面板25轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊螺桿42將壓塊43往 下移，使壓塊43和噴射器61的活塞62接觸。 設(shè)定轉(zhuǎn)盤3及成形臺(tái)10的初始坐標(biāo)，開始成形前，利用控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將轉(zhuǎn)
7盤3和成形臺(tái)10的位置還原。 關(guān)上箱門15。啟動(dòng)制冷裝置20，使成形室21溫度降到一定的實(shí)驗(yàn)值并維持基本 恒定。等成形室溫度基本穩(wěn)定時(shí)，開始成形工作。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)24中的控制軟件根據(jù)輸入 的層片文件和設(shè)定的加工參數(shù)控制成形臺(tái)10的三維運(yùn)動(dòng)和噴頭組件4對(duì)成形材料的擠壓/ 噴射運(yùn)動(dòng)。在低溫成形室21中，從噴頭噴射器61中出來的材料迅速凝固且相互粘接在一 起，堆積成形。隨著每一層的堆積完成，成形臺(tái)10在Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91驅(qū)動(dòng)下下降一個(gè) 特定的高度，中間要換用不同的成形材料時(shí)，先控制成形臺(tái)10下降一定距離，控制轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn) 動(dòng)來帶動(dòng)噴頭組件4的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而切換不同的噴頭工作，再讓成形臺(tái)10上升同等的距離，繼 續(xù)受控成形。 支架成形后，依照特定程序?qū)⒊尚闻_(tái)IO移出成形加工區(qū)域，再將其取出。 將支架放入冷凍干燥機(jī)中，進(jìn)行冷凍干燥處理，去除溶劑，得到常溫下為固態(tài)的支
架。在此過程中，溶劑的升華使冷凍 架內(nèi)產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)。復(fù)雜器官前體的制備工作完成。
權(quán)利要求
一種轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括箱體(1)、支架、噴射裝置、成形室(21)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成形臺(tái)(10)、制冷裝置(20)以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的噴射裝置采用轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置，該轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置包括轉(zhuǎn)盤(3)以及至少一個(gè)噴頭組件(4)，所述的噴頭組件周向均勻分布在所述轉(zhuǎn)盤上，且與轉(zhuǎn)盤固接；所述箱體被隔板分成上下兩部分，所述轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置設(shè)置在箱體的上部，所述的成形室(21)設(shè)置在箱體的下部；所述隔板包括固定隔板(13)和轉(zhuǎn)動(dòng)隔板(14)，所述固定隔板固定在箱體上，中間設(shè)有一個(gè)圓形孔洞，所述轉(zhuǎn)動(dòng)隔板與所述的圓形孔洞間隙配合，并與轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置固接；所述噴頭組件的下部穿過轉(zhuǎn)動(dòng)隔板進(jìn)入成形室。
2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述轉(zhuǎn)盤為圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形或多邊形。
3. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)，所述成 形臺(tái)與所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固接；所述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn)動(dòng)滑塊(74);所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)軌和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽(93)和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊(94); 所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊(74) 固接。
5. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于所述噴頭組件包括噴射器(61)、控制電機(jī)(41)、壓塊(43)、螺桿(42)、噴頭組件支架(44)、 加熱管(5)和熱電偶(65);所述控制電機(jī)固定在所述噴頭組件支架的上部且與所述螺桿固 接；所述噴頭組件支架上設(shè)有壓塊導(dǎo)槽(45)，所述壓塊導(dǎo)槽方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊放置 在壓塊導(dǎo)槽中；所述壓塊和螺桿構(gòu)成絲杠-螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管與噴頭組件支架下 部固接，所述噴射器放置在加熱管中。
6. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述成形室內(nèi)設(shè)有紫外滅菌器件(22)。
全文摘要
轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，屬于組織工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括箱體、支架、轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置、成形室、成形臺(tái)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、制冷裝置以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置包括轉(zhuǎn)盤及噴頭組件，噴頭組件均勻周向分布在轉(zhuǎn)盤上。復(fù)雜器官如肝臟、心臟、腎臟等的前體在成形時(shí)，利用低溫沉積制造工藝原理，先使成形室降溫，由控制系統(tǒng)控制三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)盤式多噴頭噴射裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴料，使成形臺(tái)做三維運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)可以換用不同的噴頭組件，擠出不同組織支架和細(xì)胞的基質(zhì)材料在成形臺(tái)上堆積成形。該裝置采用轉(zhuǎn)盤式多噴頭交互成形方式，能實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)多種材料的精確成形。
文檔編號(hào)A61F2/82GK101692987SQ20091009378
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者張人佶, 王小紅, 鄧東平, 顏永年 申請(qǐng)人:清華大學(xué);