一种支架、挤出装置及3D打印机

一种支架、挤出装置及3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及用于治疗骨组织缺损的3d打印支架技术领域，特别是涉及一种支架、挤出装置及3d打印机。


背景技术：

2.3d打印可降解的陶瓷支架是当前治疗大面积骨组织缺损的新方法。相较于自体骨移植及异体骨移植，具有结构可控，制作快捷，来源广泛且不存在宿主排斥反应等特点，植入体内后能够可实现骨组织缺损填补，恢复病人组织结构的完整性，更重要的能促进新骨组织和新生血管的形成，最终实现病损骨组织的再生性修复。
3.在现代医学中，3d打印技术因其操作简单、打印支架精度高、打印过程可控等优势常用来制备骨修复支架。通过在三维设计软件中完成对需要打印支架结构的建模，将其导入到3d打印设备的电脑中，层层打印后固定，干燥，烧结等步骤得到所需要的骨移植支架。目前对于3d打印支架的结构设计主要集中于单层结构，双层结构，核壳结构以及中空(多孔)结构。
4.当前常见的3d打印支架结构，如单层结构、多层结构、多孔结构虽然制备工艺简单、浆料制备便捷，但均存在一定的缺点。单层或者双层结构的支架其浆料机械混合为主，其不同浆料的优势性能折中；核壳结构的支架在纤维形式上有所突破，但核壳结构存在与体液接触有先后秩序，其降解及与宿主作用的时间也存在快慢先后，且核壳界面对力学性能有一定的影响；中空结构则牺牲了力学性能以获得更大的孔隙率；此外，目前的载细胞组织支架存在成骨活性较高，但是其力学性能远低于常规骨的硬度。
5.因此，合适的支架结构、以及相应的打印支架的挤出装置、打印机十分重要。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种支架，采用三螺旋的线条结构，实现支架力学性能等的改进。
7.本实用新型还提供一种挤出装置及3d打印机，能够打印出具有三螺旋线条结构的支架，以实现力学性能的改进等。
8.根据本实用新型的第一方面实施例，提供一种支架，所述支架通过3d打印成型制作，用于治疗骨组织缺损，所述支架的线条结构为三螺旋结构，所述三螺旋结构包括相互缠绕设置的第一浆料、第二浆料和第三浆料。
9.上述的支架至少具有以下有益效果：由于打印线条的三螺旋结构，其在受到外部载荷过程中存在内部互锁的机制(节点及内摩擦机制)，不仅可承受较大的外部载荷，而且支架的可压缩性好，使其在物理结构上就能实现力学性能的改进，并且具备更好的韧性。
10.根据本实用新型的第二方面实施例，提供一种制造上述支架的挤出装置，包括：第一料筒，所述第一料筒用于储存第一浆料，所述第一料筒连接有第一输出通道；第二料筒，所述第二料筒用于储存第二浆料，所述第二料筒连接有第二输出通道，所述第一料筒设置
在所述第二料筒内，所述第一料筒与所述第二料筒固定连接；第三料筒，所述第三料筒用于储存第三浆料，所述第三料筒连接有第三输出通道，所述第二料筒设置在所述第三料筒内，所述第二料筒与所述第三料筒固定连接；驱动机构，用于驱动所述第一料筒、所述第二料筒和所述第三料筒旋转，以带动所述第一输出通道、所述第二输出通道和所述第三输出通道旋转出料，所述第一输出通道、第二输出通道和第三输出通道围绕所述第一料筒、第二料筒和第三料筒的旋转中心轴线周向分布，以使所述第一浆料、第二浆料和第三浆料相互缠绕形成三螺旋结构。
11.上述的挤出装置至少具有以下有益效果：本挤出装置安装于3d打印机的打印头上，通过第一料筒储存第一浆料，第二料筒储存第二浆料，第三料筒储存第三浆料，第一浆料经第一输出通道出料，第二浆料经第二输出通道出料，第三浆料经第三输出通道出料，出料时在驱动机构的驱动作用下，使得第一输出通道、第二输出通道和第三输出通道旋转出料，第一输出通道、第二输出通道和第三输出通道围绕旋转中心轴线周向分布，进而使第一浆料、第二浆料和第三浆料相互缠绕形成三螺旋结构，经逐层叠加打印最终形成线条结构为三螺旋结构的支架，具有三螺旋线条结构的支架相对于目前的单层结构、双层结构和核壳结构等支架结构，具有更好的力学性能，支架具备更好的韧性。
12.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述第一料筒的底部设有一个第一通孔，以供所述第一输出通道穿过，所述第二料筒的底部设有两个第二通孔，以供所述第一输出通道和所述第二输出通道穿过，所述第三料筒的底部设有三个第三通孔，以供所述第一输出通道、所述第二输出通道和所述第三输出通道穿过。
13.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述第一料筒、所述第二料筒和所述第三料筒连接有加压装置，所述加压装置用于对所述第一料筒、所述第二料筒和所述第三料筒的内部施加压力，以挤出所述第一浆料、所述第二浆料和所述第三浆料。
14.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述加压装置为气泵。
15.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述挤出装置好包括外筒，所述第一料筒、所述第二料筒和所述第三料筒可转动地安装于所述外筒内，所述外筒的底部具有通孔，以供所述第一输出通道、所述第二输出通道和所述第三输出通道穿过。
16.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述挤出装置还包括针头，所述针头为贯穿的中空结构，所述针头的上端连接所述外筒的底部的通孔，所述针头的底部具有出料口，所述第一输出通道、所述第二输出通道和所述第三输出通道穿过所述出料口，所述出料口用于使所述第一输出通道、所述第二输出通道和所述第三输出通道相靠。
17.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述外筒的侧壁上设有开口，所述开口处设置有可拆卸的保护盖。
18.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述第三料筒与所述外筒的内壁之间设有至少一个轴承。
19.根据本实用新型第二方面实施例所述的挤出装置，所述第三料筒的底部连接有底座，所述底座具有内齿圈，所述驱动机构包括电机和齿轮，所述齿轮与所述内齿圈啮合传动，所述电机用于驱动所述齿轮旋转，以带动所述内齿圈旋转，进而带动所述第三料筒、所述第二料筒和所述第一料筒旋转。
20.根据本实用新型的第三方面实施例，提供一种3d打印机，包括上述的挤出装置。
附图说明
21.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
22.图1是本实用新型实施例支架的线条结构的结构示意图；
23.图2是本实用新型实施例挤出装置的平面结构示意图；
24.图3是本实用新型实施例挤出装置的外部结构示意图；
25.图4是本实用新型实施例挤出装置的外部结构正视图；
26.图5是本实用新型实施例第一料筒的俯视图；
27.图6是本实用新型实施例第二料筒的俯视图；
28.图7是本实用新型实施例第三料筒的俯视图；
29.附图标记：第一料筒11、第一通孔111、第二料筒12、第二通孔121、第三料筒13、第三通孔131、外筒30、开口31、保护盖32、驱动机构40、电机41、齿轮42、连接件50、第一输出通道61、第二输出通道62、第三输出通道63、针头70、底座80、轴承90、第一浆料100、第二浆料200、第三浆料300。
具体实施方式
30.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
31.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
32.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
33.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
34.参照图1，本实用新型实施例提供一种支架，所述支架通过3d打印成型制作，用于治疗骨组织缺损，支架的线条结构为三螺旋结构，三螺旋结构包括相互缠绕设置的第一浆料100、第二浆料200和第三浆料300。
35.参照图2至图7，本实用新型实施例还提供一种制造上述支架的挤出装置，包括驱动机构40和依次嵌套设置的第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13，其中第一料筒11用于储存第一浆料100，第一料筒11连接有第一输出通道61；第二料筒12用于储存第二浆料200，第二料筒12连接有第二输出通道62，第一料筒11设置在第二料筒12内，第一料筒11与第二料筒12固定连接；第三料筒13用于储存第三浆料300，第三料筒13连接有第三输出通道63，第二料筒12设置在第三料筒13内，第二料筒12与第三料筒13固定连接；驱动机构40可驱动
第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13旋转，以带动第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63旋转出料，第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63围绕第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13的旋转中心轴线周向分布，以使第一浆料100、第二浆料200和第三浆料300相互缠绕形成三螺旋结构，具体地，第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63均采用管道，第一料筒11和第二料筒12之间、以及第二料筒12和第三料筒13之间通过连接件50连接。
36.本实施例的挤出装置安装于3d打印机的打印头上，通过第一料筒11储存第一浆料100，第二料筒12储存第二浆料200，第三料筒13储存第三浆料300，第一浆料100经第一输出通道61出料，第二浆料200经第二输出通道62出料，第三浆料300经第三输出通道63出料，出料时在驱动机构40的驱动作用下，使得第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63旋转出料，第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63围绕旋转中心轴线周向分布，进而使第一浆料100、第二浆料200和第三浆料300相互缠绕形成三螺旋结构，经逐层叠加打印最终形成线条结构为三螺旋结构的支架。
37.本实施例的三螺旋线条结构的支架是以微观胶原的三螺旋结构为启发，模仿胶原螺旋结构，在支架的初始线条结构设计上做出突破，通过对3d打印设备的挤出装置进行改进，实现打印支架的三螺旋结构。
38.具有三螺旋线条结构的支架具有以下优点：(1)、由于支架的螺旋结构使得三种浆料独立可控，其释放性能及促骨、血管生长的性能可实现单独调控；(2)、由于打印线条的三螺旋结构，其在受到外部载荷过程中存在内部互锁的机制(节点及内摩擦机制)，不仅可承受较大的外部载荷，而且支架的可压缩性好，使其在物理结构上就能实现力学性能的改进，并且具备更好的韧性；(3)、在此基础上，该结构还可以实现抗菌载药，金属离子添加等影响机制的单独调控、对比研究，是对当前3d打印骨修复支架结构设计理念的较大创新。
39.可以理解的是，第一浆料100、第二浆料200和第三浆料300的具体成分可以根据需要设置，通常包括：钙磷基、钙硅基等陶瓷，胶原、聚己内酯等聚合物以及相关的刺激因子(铜、锶等金属离子及bmp、vegf等生物分子)，在此基础上，混合加入分散剂及粘合剂等提高浆料的可打印性及调节固含量。
40.在本实施例中，第一料筒11的底部设有一个第一通孔111，以供第一输出通道61穿过，参照图5；第二料筒12的底部设有两个第二通孔121，以供第一输出通道61和第二输出通道62穿过，参照图6；第三料筒13的底部设有三个第三通孔131，以供第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63穿过，参照图7。
41.在一些实施例中，第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13连接有加压装置，加压装置用于对第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13的内部施加压力，以挤出第一浆料100、第二浆料200和第三浆料300。具体地，加压装置采用气泵。
42.当然，可以理解的是，作为替代方案，加压装置可以采用活塞或者其他结构，只要能够实现浆料挤出即可。
43.在一些实施例中，挤出装置好包括外筒30，第一料筒11、第二料筒12和第三料筒13可转动地安装于外筒30内，以及驱动机构40同样安装于外筒30内，外筒30的底部具有通孔，以供第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63穿过。
44.在其中一些实施例中，挤出装置还包括针头70，针头70为贯穿的中空结构，针头70
的上端连接外筒30的底部的通孔，针头70的底部具有出料口，第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63穿过出料口，出料口的直径设置为较小，以使第一输出通道61、第二输出通道62和第三输出通道63相互抵靠，以此固定三个输出通道的相对位置，避免在旋转过程中三个输出通道分离，提高形成三螺旋结构的稳定性。
45.在其中一些实施例中，第三料筒13与外筒30的内壁之间设有至少一个轴承90，具体地，第三料筒13的上部和下部分别安装一个轴承90，以使第三料筒13的旋转更加顺畅。
46.在一些实施例中，三个料筒设置在外筒30的上半部，驱动机构40设置在外筒30的下半部，其中第三料筒13的底部连接有底座80，底座80具有内齿圈，驱动机构40包括电机41和齿轮42，齿轮42与内齿圈啮合传动，电机41用于驱动齿轮42旋转，以带动内齿圈旋转，进而带动第三料筒13、第二料筒12和第一料筒11旋转。采用齿轮42传动的方式带动三个料筒旋转，结构紧凑。通过控制电机41的旋转速度，可以在一定程度上调节三螺旋线条结构的致密度，电机41具体可采用步进电机。
47.在一些实施例中，外筒30的侧壁上设有开口31，开口31处设置有可拆卸的保护盖32。拆卸保护盖32，通过开口31便于驱动机构40的安装和可对驱动机构40进行维护。
48.根据本实用新型的第三方面实施例，提供一种3d打印机，包括上述的挤出装置。包含上述挤出装置的打印机，控制挤出装置在x方向、y方向和z方向三个维度上移动动作并挤出浆料，实现线条结构为三螺旋结构的支架的打印成型。
49.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。