生物3D打印喷头的制作方法

文档序号:11144579
生物3D打印喷头的制造方法与工艺

本发明涉及生物3D打印技术领域,具体地说,涉及一种生物3D打印喷头。



背景技术:

生物3D打印是以计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和数控成型的方法,定位装配生物材料或活细胞,制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品的3D打印技术。如同喷墨打印机的喷头喷出墨水一样,生物3D打印喷头里面是处理调制过的复合生物3D打印要求的带有生物细胞的载体。

现有技术中的生物3D打印喷头喷头,如图1所示,包括玻璃喷嘴1,包括玻璃喷嘴1的外壁上套设有压电陶瓷管2,以压电陶瓷管2作为驱动,当对其施加变化的电压时,压电陶瓷管2产生的机械变形挤压液体腔室,产生连续的压力波将生物组织液从喷嘴中喷射出来,但是生物组织液的黏度大、流动性差,而压电陶瓷管2的面积小,不能提供足够的压力迫使生物组织液从喷嘴中喷射出来,因此会有喷头堵塞的现象发生。所以如何使大黏度、高密度的生物制剂液体喷射顺畅、均匀,满足生物医学产品的要求成为业界的一大难题。



技术实现要素:

本发明提供了一种能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求的生物3D打印喷头。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种生物3D打印喷头,所述的打印喷头包括进料管和喷嘴,进料管和喷嘴之间设置有压电陶瓷管,进料管的下端和喷嘴的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈,夹持单元夹紧上、下橡胶垫圈使进料管、压电陶瓷管和喷嘴固定连接,压电陶瓷管与驱动电路相连,驱动电路驱动压电陶瓷管产生径向变形,驱使生物组织液从喷嘴中喷射出。

上、下橡胶垫圈内与进料管、喷嘴接触的部位均嵌设有刚性垫圈。

进料管的下端面与上橡胶垫圈的下端面齐平,喷嘴的上端面与下橡胶垫圈的上端面齐平。

压电陶瓷管的内腔与刚性垫圈、喷嘴的连接处设置有圆滑过渡部,圆滑过渡部引导生物组织液平滑地进入喷嘴。

喷嘴包括直管段和直管段下端的锥形引导段,锥形引导段的内径为100~200μm。

所述的压电陶瓷管的管腔内固定设置有的阻波体,阻波体整体呈子弹状,圆锥状的头部向上设置,头部向下圆滑延伸行成圆形底部,进料管、喷嘴、压电陶瓷管和阻波体同轴布置。

阻波体底部端面上设置有锯齿状的凹凸部。

与现有技术相比,压电陶瓷管作为打印喷头的一部分,其内腔直接与生物组织液接触,这样驱动电路驱动压电陶瓷管产生的径向变形,从而激发压力波直接作用于其内腔中的生物组织液,生物组织液受压喷射出来,实现生物3D打印,这种结构的打印喷头驱动效果明显,能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求。

附图说明

图1为现有技术中打印喷头的结构示意图;

图2为打印喷头的剖视图;

图3为阻波体的结构示意图;

图4为本发明内腔中压力波的传导示意图。

具体实施方式

如图2所示,一种生物3D打印喷头,所述的打印喷头包括进料管10和喷嘴20,进料管10和喷嘴20之间设置有压电陶瓷管30,进料管10的下端和喷嘴20的上端外壁上分别套设有上、下橡胶垫圈51、52,夹持单元60夹紧上、下橡胶垫圈51、52使进料管10、压电陶瓷管30和喷嘴20固定连接,压电陶瓷管30与驱动电路相连,驱动电路驱动压电陶瓷管30产生径向变形,驱使生物组织液从喷嘴20中喷射出。压电陶瓷管30作为打印喷头的一部分,其内腔直接与生物组织液接触,这样驱动电路驱动压电陶瓷管30产生的径向变形,从而激发压力波直接作用于其内腔中的生物组织液,生物组织液受压喷射出来,实现生物3D打印,这种结构的打印喷头驱动效果明显,能够满足大黏度、高密度生物材料打印输出要求。

上、下橡胶垫圈51、52内与进料管10、喷嘴20接触的部位均嵌设有刚性垫圈53。通过刚性垫圈53结合上、下橡胶垫圈51、52的方式实现了可靠连接,避免漏液,同时压电陶瓷管30的收缩和扩张作用尽量作用于刚性垫圈53的表面,而不作用于上、下橡胶垫圈51、52的柔性体表面,避免了对压力波的吸收。

为了保证进料管10、压电陶瓷管30和喷嘴20的可靠连接,进料管10的下端面与上橡胶垫圈51的下端面齐平,喷嘴20的上端面与下橡胶垫圈52的上端面齐平。

生物组织液在压电陶瓷管30的内腔内可能会产生堆积,压电陶瓷管30的内腔与刚性垫圈53、喷嘴20的连接处设置有圆滑过渡部31,圆滑过渡部31引导生物组织液平滑地进入喷嘴20。圆滑过渡部31使生物组织液可以依靠压力和自身的重力顺畅地通过喷嘴20喷出。

喷嘴20包括直管段21和直管段21下端的锥形引导段22,锥形引导段22的内径为100~200μm。一般动物细胞的直径为30~50μm,为了保证打印喷头在不受驱动时,生物组织液在粘滞力的作用下不会流出,而受到驱动时,生物组织液的流出不受阻碍,将锥形引导段22的内径设计在100~200μm。

进一步,参阅图4所示,所述的压电陶瓷管30的管腔内固定设置有的阻波体40,阻波体40整体呈子弹状,圆锥状的头部向上设置,头部向下圆滑延伸行成圆形底部,进料管10、喷嘴20、压电陶瓷管30和阻波体40同轴布置。在压电陶瓷管30受到的电压增大时,会发生向外的变形,其内腔中的生物组织液体积增大,即产生了负压,负的压力会以波的形式从压电陶瓷管30的中间向上下两侧传播,并在末端出现反射现象;诸多研究表明,经进料管10反射得到正压力波,经喷嘴20反射得到负压力波。而阻波体40的下端起到阻挡负压力波向上传输的作用。控制输入电压,压电陶瓷管30受到的电压变小,则会产生收缩,内部的生物组织液体积变小,产生的正压和经进料管10反射的正压力波叠加,一同向喷嘴端传播,达到末端后,生物组织液从喷嘴20喷出。需要说明的是,与阻波体40圆形底部不同,阻波体40圆锥状的头部向上设置,对正压力波向下方传递的影响作用小。

为了更好地吸收经喷嘴20反射的负压力波,如图3所示,阻波体40底部端面上设置有锯齿状的凹凸部41。

再多了解一些
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