本實用新型涉及生物立體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種生物細胞3D打印機。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是一由數(shù)字化模型直接驅(qū)動的快速制造任意復雜形狀三維物理實體的快速成型技術(shù)，其基本原理均采用“分層制造、逐層疊加”的制造思想。它能夠借助計算機、激光、精密傳動和數(shù)控等現(xiàn)代手段，將計算機輔助設計和計算機輔助制造集成于一體，根據(jù)在計算機上構(gòu)造的三維模型，能在很短時間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣品，無須傳統(tǒng)的機械加工機床和模具，具有成本低、周期短、修改簡單、尺寸穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。但目前的 3D 打印機，受結(jié)構(gòu)和材料的限制，一般都只能打印聚合物材料或金屬材料，基本上用在機械加工制造領(lǐng)域，用于生物材料的打印時，細胞供給不穩(wěn)定、數(shù)量控制困難、人工放置不精準、各部件不匹配、條件控制不足等問題凸現(xiàn)，導致3D打印生物材料、尤其是活細胞打印技術(shù)推廣受限、運作不力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供一種活細胞多頭三維打印裝置，采用多個細胞擠出機構(gòu)平面運動配合細胞沉積器皿升降移動的技術(shù)方案，實現(xiàn)了高效、準確的活細胞3D打印。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種活細胞多頭三維打印裝置，結(jié)構(gòu)中包括底座、設置在底座上的打印平臺、設置在打印平臺上方的細胞擠出機構(gòu)、三維移動機構(gòu)和配套的控制系統(tǒng)，關(guān)鍵在于，所述三維移動機構(gòu)包括X向、Y向位置調(diào)節(jié)組件和Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述打印平臺設置在Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的上端面，細胞擠出機構(gòu)定位于X向或Y向位置調(diào)節(jié)組件上并借助X向和Y向位置調(diào)節(jié)組件的配合具有沿X、Y平面移動的自由度。

上述技術(shù)方案中，活細胞多頭三維打印裝置，結(jié)構(gòu)中包括底座、打印平臺、細胞擠出機構(gòu)、三維移動機構(gòu)和控制系統(tǒng)，打印平臺設置在底座上并位于細胞擠出機構(gòu)的下方，細胞沉積的基礎器皿定位于打印平臺上，作為本實用新型的關(guān)鍵設計，三維移動機構(gòu)包括X向、Y向位置調(diào)節(jié)組件和Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其中，所述的打印平臺設置在Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的上端面，Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動打印平臺升降和旋轉(zhuǎn)，從而可實現(xiàn)細胞沉積基礎器皿的升降和旋轉(zhuǎn)，便于打印中心對稱的生物材料如腿部、臟器等；細胞擠出機構(gòu)設置在X向或Y向位置調(diào)節(jié)組件上，借助X向或Y向位置調(diào)節(jié)組件的配合移動，細胞擠出機構(gòu)可實現(xiàn)在X、Y向二維平面內(nèi)的自由移動。

本實用新型的有益效果是：（1）本實用新型提供的活細胞多頭三維打印裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運動方式更豐富，打印效率和精確度高，廣泛適用于三維打??；（2）在進一步改進的技術(shù)方案中，細胞擠出機構(gòu)設置多組，能方便多種細胞同時打?。煌该鞴耋w及其內(nèi)的溫度、濕度和氣體濃度的設置一方面保證了打印環(huán)境更適于生物活細胞，另一方面便于實時觀察打印產(chǎn)品；紫外燈管的設置保證了打印機內(nèi)的無菌環(huán)境，保證打印產(chǎn)品的成活性。

附圖說明

圖1為本實用新型中一種活細胞多頭三維打印裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種活細胞多頭三維打印裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為一種細胞擠出機構(gòu)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、細胞擠出機構(gòu)，1-1、機架， 1-2、步進電機，1-3、細胞容納腔，1-4、噴頭，1-5、壓桿，2、打印平臺， 3、X向位置調(diào)節(jié)組件，4、Y向位置調(diào)節(jié)組件，5、Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，5-1、旋轉(zhuǎn)底盤，5-2、升降支撐架 ，6、柜體，6-1、可視窗口，7、觸摸顯示屏。

具體實施方式

以下具體說明本三維打印裝置的結(jié)構(gòu)組成，但并不以任何形式作為限制，對其中組件的常規(guī)替換均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。

本實用新型提供一種活細胞多頭三維打印裝置，結(jié)構(gòu)中包括底座、設置在底座上的打印平臺2、設置在打印平臺2上方的細胞擠出機構(gòu)1、三維移動機構(gòu)和配套的控制系統(tǒng)，關(guān)鍵在于，所述三維移動機構(gòu)包括X向3、Y向4位置調(diào)節(jié)組件和Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5，所述打印平臺2設置在Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5的上端面，細胞擠出機構(gòu)1定位于X向3或Y向4位置調(diào)節(jié)組件上并借助X向3和Y向4位置調(diào)節(jié)組件的配合具有沿X、Y平面移動的自由度。

活細胞多頭三維打印裝置的主視及側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖分別見圖1、圖2，活細胞多頭三維打印裝置，結(jié)構(gòu)中包括底座、打印平臺2、細胞擠出機構(gòu)1、三維移動機構(gòu)和控制系統(tǒng)，打印平臺2設置在底座上，細胞沉積的基礎器皿定位于打印平臺2上，細胞擠出機構(gòu)1設置在打印平臺2的上方，作為本實用新型的關(guān)鍵設計，三維移動機構(gòu)包括X向位置調(diào)節(jié)組件3、Y向位置調(diào)節(jié)組件4和Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5，X向位置調(diào)節(jié)組件3的兩側(cè)對稱設置Y向位置調(diào)節(jié)組件4，Y向位置調(diào)節(jié)組件4借助支架定位在打印機的底座上，其中，所述的打印平臺2設置在Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5的上端面，Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5帶動打印平臺2升降和旋轉(zhuǎn)，從而可實現(xiàn)細胞沉積基礎器皿的升降和旋轉(zhuǎn)，便于打印中心對稱的生物材料如腿部、臟器等；細胞擠出機構(gòu)1借助C型卡或滑塊滑軌配合限位于在X向位置調(diào)節(jié)組件3或Y向位置調(diào)節(jié)組件4上，并且具有移動自由度，在控制系統(tǒng)的控制下，細胞擠出機構(gòu)1沿X向位置調(diào)節(jié)組件3移動，X向位置調(diào)節(jié)組件3沿Y向位置調(diào)節(jié)組件4具有移動自由度，從而細胞擠出機構(gòu)1可實現(xiàn)在X、Y向二維平面內(nèi)的定位及自由移動。本技術(shù)方案在具體使用時，有以下特點，以中心為骨骼、骨骼外圍為肌肉組織細胞的生物產(chǎn)品要打印為例，以中間骨骼中心為中心，可設置3組細胞擠出機構(gòu)1，中間的細胞擠出機構(gòu)中盛裝骨細胞，兩邊的細胞擠出機構(gòu)中盛裝肌肉組織細胞，打印時，打印平臺2借助Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5定位在一定高度，細胞擠出機構(gòu)1只需根據(jù)各組織部分的厚度作X向或Y向的一維直線式移動，旋轉(zhuǎn)打印平臺2即可實現(xiàn)截面的打印，進一步的，當所在截面都打印完成，Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5下降，帶動打印平臺2下降，進行下一個截面的打印即可，本技術(shù)方案使得程序控制和機械結(jié)構(gòu)控制變得簡單，大大簡化了細胞擠出機構(gòu)1的運動過程。

所述細胞擠出機構(gòu)1設有2-5組，細胞擠出機構(gòu)1結(jié)構(gòu)中包括限位于X向3或Y向4位置調(diào)節(jié)組件上的機架1-1、定位在機架1-1上的步進電機1-2、細胞容腔1-3及連接在細胞容腔1-3下端的噴頭1-4，所述細胞容腔1-3借助與步進電機1-2輸出端連接的壓桿1-5形成密閉容腔。

細胞擠出機構(gòu)1設有2-5組，平行或按預定方式滑動限位在X向3或Y向4位置調(diào)節(jié)組件上，各細胞擠出機構(gòu)1為單獨受控運動，各自獨自控制，圖1中為設置了4組細胞擠出機構(gòu)1，多組細胞擠出機構(gòu)1的設置方便同時打印多種細胞，如同時分別盛裝血管細胞、肌肉組織細胞、干細胞等。所述的細胞擠出機構(gòu)1為噴墨式、擠壓式或激光打印式。根據(jù)不同打印產(chǎn)品的要求，細胞擠出機構(gòu)1可根據(jù)常用的幾種細胞打印技術(shù)進行選擇，圖2給出了所采用的一種擠壓式的細胞擠出機構(gòu)1，結(jié)構(gòu)中包括機架1-1、步進電機1-2、細胞容腔1-3及噴頭1-4，細胞容腔1-3內(nèi)借助壓桿1-5形成密閉容腔，壓桿1-5與步進電機1-2輸出端借助傳動機構(gòu)如齒輪傳動或絲杠絲母結(jié)構(gòu)連接，步進電機1-2運行，帶動壓桿1-5向下運動，將細胞擠出沉積于定位在打印平臺2上的細胞成型基礎器皿中。

所述Z向升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5 中包括360°旋轉(zhuǎn)底盤5-1和定位在旋轉(zhuǎn)底盤5-1上的升降支撐架5-2，打印平臺2固定設置在升降支撐架5-2上。旋轉(zhuǎn)底盤5-1受控進行旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)其上的升降支撐架5-2、打印平臺2的旋轉(zhuǎn)，升降支撐架5-2用于實現(xiàn)打印平臺2的升降，從而實現(xiàn)打印層層疊加。

所述三維打印裝置中還包括包圍在細胞擠出機構(gòu)1、打印平臺2及三維移動機構(gòu)外圍的柜體6，所述柜體6的前、后、左或右側(cè)門為透明的可開關(guān)式門，并借助彈性件形成密閉空間。柜體6為封閉式，包圍在打印裝置主體結(jié)構(gòu)的外部，為便于放入、取出打印裝置及打印產(chǎn)品等，柜體6的前、后、左或右側(cè)門為開關(guān)式門，形式可采用活頁鉸接或推拉式活動門，活動門與其它五面形成的主體借助彈性件形成密閉空間。方便實時觀察，柜體6的側(cè)壁上設置有可視窗口6-1，可視窗口6-1可設置一個或多個，或柜體6整體設置為玻璃透明結(jié)構(gòu)；柜體6的側(cè)壁上還預留有進液孔、線路孔等結(jié)構(gòu)，同樣借助彈性件形成密閉空間。

所述柜體6內(nèi)設有溫度測試調(diào)節(jié)機構(gòu)，并與控制系統(tǒng)中的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，形成打印裝置內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

所述溫度測試調(diào)節(jié)機構(gòu)中包括設置在柜體6內(nèi)部的測溫電偶和冷/暖風系統(tǒng)或加熱電阻。測溫電偶用于實時測定溫度并發(fā)送信號至控制系統(tǒng)，冷/暖風系統(tǒng)或加熱電阻受控制系統(tǒng)控制，用于調(diào)節(jié)柜體6內(nèi)部的溫度。

所述柜體6內(nèi)還設有濕度測試調(diào)節(jié)機構(gòu)，與控制系統(tǒng)中的濕度控制系統(tǒng)連接，形成打印裝置內(nèi)部濕度控制調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

所述柜體6內(nèi)還設有包括CO₂進氣管的氣體濃度測試調(diào)節(jié)機構(gòu)，與控制系統(tǒng)中的氣氛控制系統(tǒng)連接，形成打印裝置內(nèi)部的氣體濃度控制結(jié)構(gòu)。CO₂進氣管的設置能實時保障打印裝置內(nèi)部的5%的CO₂氣體濃度，更好的利于活細胞產(chǎn)品的成活。

所述柜體6內(nèi)壁上設有與控制系統(tǒng)連接的紫外燈管，在工作前或后，紫外燈管用于對打印機裝置內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)及環(huán)境殺菌，更好的利于活細胞產(chǎn)品的成活。

所述控制系統(tǒng)還與觸摸顯示屏連接，優(yōu)選的，觸摸顯示屏設置在柜體6外表面，便于操作和顯示。

綜上可見，本實用新型提供的活細胞多頭三維打印裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能用于多種細胞同時打印，且打印過程高效、準確，且有效保證了打印的生物產(chǎn)品的成活性，給生物細胞研究、醫(yī)療器械、動物保護、環(huán)境改造等領(lǐng)域帶來了福音，為器官打印打下良好基礎。