本發(fā)明涉及一種制造平臺系統(tǒng)，具體為一種用于3D生物血管打印的多維運動制造平臺系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，器官移植技術(shù)得到了飛越式發(fā)展，但同時也面臨著器官來源不足等問題。因此目前很多研究都在尋找替代活體器官的新技術(shù)，而3D生物打印技術(shù)是當前發(fā)展的主要趨勢。

血管類疾病是當前人類疾病的重要問題之一，對人體身體健康構(gòu)成重大的危險。報告顯示2012年我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)已達2.9億，每年約有350萬人死于心血管疾病，占總死亡原因的41%，居各種疾病之首。目前常用解決血管類疾病的方法是進行血管的置換和移植，由于缺乏活體血管，一般采用人工生物材料血管做替換，它存在的問題是人體排異性和細菌感染。因此，研究制造用病人活體細胞制造血管的3D打印技術(shù)，開發(fā)相應的打印設(shè)備對人類具有非常重要的意義。

目前還未有用于3D血管打印的制造平臺系統(tǒng)，主要的平臺系統(tǒng)還是普通的三維運動平臺，一般采用普通伺服電機設(shè)計，其在精度和設(shè)計要求上都無法滿足針對血管的3D打印需求。由于血管其自有特點，它需要特殊的支撐結(jié)構(gòu)，需要兩種或多種生物墨汁進行快速打印，以提高打印效率和打印血管的成活率。開發(fā)這樣的系統(tǒng)，對活體血管的制造及后期的血管移植具有極為重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于3D生物血管打印的多維運動制造平臺系統(tǒng)，該平臺以直線電機和旋轉(zhuǎn)電機作為其動力系統(tǒng)，構(gòu)建五軸運動系統(tǒng)。在X軸上加入兩個動子，驅(qū)動兩個Z軸運動，并在兩個Z軸上安裝打印噴頭，通過Z軸帶動打印噴頭在空間上下運動。同時，在Y軸上添加一個旋轉(zhuǎn)軸C軸，作為血管打印承載平臺。在實際打印中，Z軸帶動打印噴頭在空間上相對旋轉(zhuǎn)軸C軸運動，進行3D生物血管打印，滿足打印3D血管的需求。

本發(fā)明為了滿足以上目的，提供了一種如下技術(shù)方案:一種用于3D血管打印的制造平臺，包括機架、X軸運動機構(gòu)、Y軸運動機構(gòu)、第一Z軸運動機構(gòu)、第二Z軸運動機構(gòu)、C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、第一打印噴頭和第二打印噴頭；所述的X軸運動機構(gòu)位于機架的支撐平臺上方，Z軸運動機構(gòu)以垂直水平面方向豎直安裝在X軸運動機構(gòu)上，Y軸運動機構(gòu)垂直于X軸方向安裝在機架的支撐平臺上，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)位于Z軸運動機構(gòu)下方，且與X軸運動機構(gòu)平行，所述的第一打印噴頭和第二打印噴頭分別固定安裝在第一Z軸運動機構(gòu)和第二Z軸運動機構(gòu)上，X軸運動機構(gòu)和第一、第二Z軸運動機構(gòu)分別帶動第一、第二打印噴頭做X軸和Z軸運動；C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)位于Y軸運動機構(gòu)的滑動板上，能夠隨Y軸運動機構(gòu)在Y軸方向上運動， C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為平行排列式或豎直排列式，可實現(xiàn)流水線式作業(yè)或者通過兩個打印噴頭進行分別打印。

進一步地X軸運動機構(gòu)由直線電機、拖鏈、導軌、光柵、讀數(shù)頭、連接板組成，其中直線電機的類型為平板式或U型直線電機，直線電機動子為1個或多個，與Z軸運動機構(gòu)結(jié)合，可形成1個或多個Z軸；X軸運動機構(gòu)的直線電機、拖鏈、導軌、讀數(shù)頭四者處于平行安裝在機架支撐平臺上，通過連接板將四者相對固定在一起，光柵安裝在機架上。

Y軸運動機構(gòu)由直線電機、拖鏈、導軌、光柵、讀數(shù)頭、滑動板組成，其中直線電機類型為平板式或U型直線電機，Y軸運動直線電機的動子由1個或多個組成，以形成更為復雜的運動；Y軸運動機構(gòu)的直線電機、拖鏈、導軌、讀數(shù)頭四者處于平行安裝在機架的支撐平臺上，通過滑動板連接相對固定在一起；Y軸電機與支持平臺的安裝上有兩種方式，一種方式是直線電機的磁性定子固定在支撐平臺上，直線電機動子與滑動板連接，由電機動子帶動滑動板相對機架做Y軸運動；另一種方式是直線電機的動子固定在機架的支撐平臺上，直線電機定子相對支撐平臺在Y軸方向滑動，滑動板由電機定子帶動移動。

第一Z軸運動機構(gòu)和第二Z軸機構(gòu)都由伺服電機、絲杠、滑塊和移動平臺構(gòu)成；其中，第一Z軸運動機構(gòu)固定在X軸運動機構(gòu)的第一個動子上，第二Z軸運動機固定在X軸運動機構(gòu)的第二動子上，伺服電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠帶動滑塊在Z軸方向移動，同時滑塊帶動移動平臺運動，打印噴頭安裝固定在移動平臺上，跟隨移動平臺一起在Z軸方向上運動。

機架上的支撐平臺材質(zhì)為大理石、不銹鋼、鑄鐵或塑料。機架整體結(jié)構(gòu)為龍門式結(jié)構(gòu)，讓Y軸與X軸、Z軸分離，Y軸只帶動C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)運動；機架為框式結(jié)構(gòu)，Y軸帶動X軸和Z軸運動，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)固定在支撐平臺上。

C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為豎直排列式，通過調(diào)整兩個噴頭在Y軸方向的相對距離，可同時對兩個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)進行分別打印。

在實際打印過程中，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)由Y軸運動機構(gòu)帶動移動到打印噴頭下方，在打印一次完畢后，Y軸運動機構(gòu)帶動C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)前進；如安裝有多個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，則讓下一個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)移動到噴頭下方繼續(xù)相關(guān)打印，已打印完成的C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)可進行后續(xù)相關(guān)打印處理。

在本發(fā)明發(fā)明中，采用了雙噴頭機構(gòu)和C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)的設(shè)計，在實際血管打印過程中具有如下的優(yōu)點：

1.雙噴頭設(shè)計，能夠同時進行多種材料的相互打印，滿足了血管打印中對不同墨汁需要同時打印的需求；

2.將直線電機設(shè)計在X軸和Y軸上，相對于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，精度和壽命具有較大的提高；

3.C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)作為血管支架，可確保打印血管的位置精度及長度正確；

4.C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)的設(shè)計和雙噴頭的設(shè)計能夠加快血管打印的速度，滿足實際生物打印過程中對打印速度的需求。

附圖說明

圖1：龍門式制造平臺整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)豎直排布方式示意圖

其中：1是機架，2是X軸運動機構(gòu)，3是第一Z軸運動機構(gòu)，4是第二Z軸運動機構(gòu)，5是第一打印噴頭，6是第二打印噴頭，7是Y軸運動機構(gòu)，8是C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，9是機架的支撐平臺，10是第一個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，11是第二個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，12是第三個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)。

具體實施方式

為進一步闡述本發(fā)明專利的可行性、實用性以及操作簡便型，本發(fā)明將結(jié)合示意圖對發(fā)明專利進行詳細的描述。

參考圖1，本發(fā)明提供了一種用于3D血管打印的多維運動制造平臺系統(tǒng)，其主要包括X軸運動機構(gòu)2、Y軸運動機構(gòu)7和第一Z軸運動機構(gòu)3，第二Z軸運動機構(gòu)4，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)8及其相應的機架1，第一打印噴頭5和第二打印噴頭6。所述的X軸運動機構(gòu)水平位于機架1的支撐平臺上，兩個Z軸運動機構(gòu)以垂直水平面方向豎直安裝在X軸運動機構(gòu)上，Y軸運動機構(gòu)安裝在水平面下方垂直于X軸運動方向機架的支撐平臺上，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)位于Z軸運動機構(gòu)的下方，與X軸運動機構(gòu)平行，安裝在Y軸運動機構(gòu)的運動平臺上，所述的第一打印噴頭5和第二打印噴頭6分別安裝在第一Z軸運動機構(gòu)3和第二Z軸運動機構(gòu)4上。

在本發(fā)明中，X軸運動機構(gòu)由直線電機、拖鏈、導軌、光柵、讀數(shù)頭、連接板組成，其中直線電機類型可以為平板式、U型直線電機，X軸運動機構(gòu)的直線電機動子可以由1個、2個或多個組成；X軸運動機構(gòu)的直線電機、拖鏈、導軌、光柵讀數(shù)頭四者處于平行安裝在支撐平臺上，通過連接板相對固定在一起。

在本發(fā)明中，Y軸運動機構(gòu)由直線電機、拖鏈、導軌、光柵、讀數(shù)頭、滑動板組成，其中直線電機類型可以為平板式、U型直線電機，Y軸運動機構(gòu)的直線電機的動子可以由1個、2個或多個組成；Y軸運動機構(gòu)的直線電機、拖鏈、導軌、光柵讀數(shù)頭四者處于平行安裝在支撐平臺上。Y軸運動機構(gòu)的直線電機與支持平臺的安裝上有兩種方式，一種方式是直線電機的磁性定子固定在支撐平臺上，直線電機動子與滑動板連接，由電機動子帶動滑動板運動；另一種方式是直線電機的動子固定在支撐平臺上，直線電機定子相對動子滑動，滑動板由磁性定子帶動移動。

本發(fā)明中，第一Z軸運動機構(gòu)和第二Z軸運動機構(gòu)都由伺服電機、絲杠、滑塊和移動平臺構(gòu)成。其中，第一Z軸運動機構(gòu)固定在X軸運動機構(gòu)1上，第二Z軸運動機構(gòu)固定在X軸運動機構(gòu)2上，伺服電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠帶動滑塊在Z軸方向移動，同時滑塊帶動移動平臺運動，打印噴頭固定在移動平臺上。

C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)位于Y軸運動機構(gòu)的滑動板上，由Y軸運動機構(gòu)帶動在Y軸方向上運動，與X軸、Z軸配合，形成空間相對運動。C軸旋運動機構(gòu)數(shù)量根據(jù)實際需求而定，豎直排成一列安裝在滑動板上，如附圖2所示，其中10、11、12為排成一列的C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)。

本發(fā)明中，機架的支撐平臺可以為大理石，不銹鋼或鑄鐵、塑料，機架整體結(jié)構(gòu)可以為龍門式結(jié)構(gòu)，讓Y軸與X軸、Z軸分離，Y軸只帶動C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)運動；也可以為框式結(jié)構(gòu)，Y軸帶動X軸和Z軸運動，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)固定在支撐平臺上。噴頭的運動也可以用機器人帶動在C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)上運動實現(xiàn)3D打印。

在龍門結(jié)構(gòu)的實際打印過程中，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)由Y軸運動機構(gòu)帶動移動到打印噴頭下方，C軸旋轉(zhuǎn)，同時噴頭在X,Z，Y軸的驅(qū)動下，把打印材料均勻打印在C軸旋轉(zhuǎn)桿上。在一次打印完畢后，Y軸運動機構(gòu)帶動C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)前進，讓下一個C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)移動到噴頭下方繼續(xù)打印一新的血管。在框架結(jié)構(gòu)中，C軸旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)固定在支撐平臺上，噴頭由xyz三軸帶動移動到C軸旋轉(zhuǎn)軸上方進行相關(guān)打印。

本發(fā)明并不局限于上訴實施方式，本發(fā)明的精髓是把生物材料打印在C軸支架上，噴頭的運動也可以由其它方式實現(xiàn)，如機器人。如果對本發(fā)明的各種改動和變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動和變型。