一种面向高低温组合的生物3D打印喷头的制作方法与工艺

本发明涉及一种面向高低温组合的生物3D打印喷头，用于细胞和生物材料打印，属于组织工程技术和生物3D打印领域。

背景技术：
对于受损大块软组织及内脏器官的治疗，人体组织器官移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺、免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为解决上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者制备的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内，替换原有病变组织器官来恢复身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就组织工程良好发展前景的有效例证。传统组织工程研究一直受限于细胞植入技术，即“将细胞植入到支架上”这一组织工程固有技术环节中，无法将不同种类的细胞和生物材料精确定位到支架内部不同空间位置。实际上，随着组织工程研究的推进，研究工作逐步向大块软组织及内脏器官方面延生，由于这些组织和器官往往含有多种细胞和生物材料，而不同细胞或材料又具有特定的空间排布，因此上述技术局限性更加凸显。近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印、细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势。而在一个典型的生物打印机中，关键部件之一就是成形喷头。为了满足大块软组织和内脏器官对材料温度要求不一的构建要求，需要开发一种高低温组合的生物3D打印喷头。为了实现材料温度高低不一的要求，一种面向高低温组合的生物3D打印喷头。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种面向高低温组合的生物3D打印喷头。本发明的技术方案如下：一种面向高低温组合的生物3D打印喷具有加热与冷却装置，可以实现多种温度的精确控制，喷头包括外壳体、导热块、加热棒、冷却片、散热片、风扇、针筒、导热块上挡板、导热块下挡板、旋盖和针头；所述导热块安装在外壳体内，所述加热棒安装在导热块内部；所述冷却片安装在导热块外表面；所述散热片安装在外壳体上并与冷却片接触；所述风扇安装在散热片表面；所述针筒安装在导热块内部；所述导热块下挡板安装在导热块下表面和外壳体之间；所述导热块上挡板安装在导热块的上表面和外壳体之间；所述旋盖通过螺纹与针筒连接，方便拆卸；所述针头安装在针筒底部。所述的外壳体由上板、底板、左侧板、右侧板、前侧板和后侧板组成，各块板之间通过螺栓进行连接；所述上板开有通孔，用于与导热块上挡板安装；所述底板开有圆孔，用于针头的通过；所述左侧板和右侧板开有直槽口，用于热量的散发；所述后侧板开有方孔，用于散热片的安装；所述前侧板左上角开有圆孔，用于加热棒与冷却片的供电线路安装。所述加热棒数量为偶数，均布在导热块内部，保证加热均匀；所述加热棒产生的热量通过导热块传递给针筒，对针筒内的材料进行加热。所述散热片一面与冷却片的表面充分接触，另一面与风扇充分接触；所述冷却片通过导热块吸走针筒内材料的热量并传给散热片，再通过风扇旋转作用将热量排出，对材料进行冷却。所述导热块与左侧板、右侧板、前侧板和后侧板不接触，用于隔热；所述导热块上挡板和导热块下挡板采用隔热材料；所述导热块采用导热性良好的铝或铜材料。所述针头可以是医用注射针头，也可以是点胶针头。本发明的优点是：本发明单喷头便可实现对材料不同温度的打印，通过加热棒与冷却片可以实现打印材料多种温度的控制，解决了传统3D打印机单个喷头只能加热或者只能冷却的技术难题，简化了喷头的架构，降低了成本。附图说明图1是面向高低温组合的生物3D打印喷头的结构示意图；图2是面向高低温组合的生物3D打印喷头外壳体的结构示意图；图3是面向高低温组合的生物3D打印喷头去除前侧板的外壳体的结构示意图；图4是面向高低温组合的生物3D打印喷头外壳体冷却部分结构示意图；图5是面向高低温组合的生物3D打印喷头去除外壳体的结构示意图；图6是面向高低温组合的生物3D打印喷头去除外壳体的全剖视图；图7是面向高低温组合的生物3D打印喷头导热块上挡板的结构示意图；图8是面向高低温组合的生物3D打印喷头散热片结构示意图。图中:1-外壳体，1.1-上板，1.2-左侧板，1.3-前侧板，1.4-底板，1.5-右侧板，1.6-后侧板，2-导热块上挡板，3-导热块，4-冷却片，5-导热块下挡板，6-针头，7-旋盖，8-针筒，9-加热棒，10-散热片，11-风扇。具体实施方式下面结合附图1-8及实施例进一步说明本发明的具体结构、工作原理和工作过程内容。一种面向高低温组合的生物3D打印喷具有加热与冷却装置，可以实现多种温度的精确控制，喷头包括外壳体1、导热块3、加热棒9、冷却片4、散热片10、风扇11、针筒8、导热块上挡板2、导热块下挡板5、旋盖7和针头6；所述导热块3安装在外壳体1内，所述加热棒9安装在导热块3内部；所述冷却片4安装在导热块3外表面；所述散热片10安装在外壳体1上并与冷却片4接触；所述风扇11安装在散热片10表面；所述针筒8安装在导热块3内部；所述导热块下挡板5安装在导热块3下表面和外壳体1之间；所述导热块上挡板2安装在导热块3的上表面和外壳体1之间；所述旋盖7通过螺纹与针筒8连接，方便拆卸；所述针头6安装在针筒8底部。所述的外壳体1由上板1.1、底板1.4、左侧板1.2、右侧板1.5、前侧板1.3和后侧板1.6组成，各块板之间通过螺栓进行连接；所述上板1.1开有通孔，用于与导热块上挡板2安装；所述底板1.4开有圆孔，用于针头6的通过；所述左侧板1.2和右侧板1.5开有直槽口，用于热量的散发；所述后侧板1.6开有方孔，用于散热片10的安装；所述前侧板1.3左上角开有圆孔，用于加热棒9与冷却片4的供电线路安装。所述加热棒9数量为偶数，均布在导热块3内部，保证加热均匀；所述加热棒9产生的热量通过导热块3传递给针筒8，对针筒8内的材料进行加热。所述散热片10一面与冷却片4的表面充分接触，另一面与风扇11充分接触；所述冷却片4通过导热块3吸走针筒8内材料的热量并传给散热片10，再通过风扇11旋转作用将热量排出，对材料进行冷却。所述导热块3与左侧板1.2、右侧板1.5、前侧板1.3和后侧板1.6不接触，用于隔热；所述导热块上挡板2和导热块下挡板5采用隔热材料；常见的隔热材料只要适用于本发明的结构均可使用。所述导热块3采用导热性良好的铝或铜材料。所述针头6可以是医用注射针头，也可以是点胶针头。本发明工作原理：打印之前，根据打印组织的需求，决定打印材料的温度，当材料需要进行加热打印时，给加热棒9通电，通过导热块3将加热棒9产生的热量传给料筒8，对料筒8内材料进行加热；当材料需要冷却时，给冷却片4与风扇11通电，料筒8内材料的热量通过导热块3传给制冷片，并通过散热片10和风扇11将热量排出，从而实现材料进行冷却。达到温度要求后，启动气泵，将气体通过旋盖7输入针筒8，通过针筒8对材料进行挤出打印。