一种快速逐层打印片剂的成型设备及其使用方法与流程

本发明涉及片剂药物制备领域，具体涉及一种快速逐层打印片剂的成型设备及其使用方法。

技术背景

3d打印有多种成型原理，其基本思路是实体模型的“分层制造，逐层叠加”。目前用于制备片剂的3d打印技术，主要是美国麻省理工学院sachs等首先提出的三维打印(threedimensionalprint,3dp)技术。期刊文章《三维打印成形技术制备缓释片剂可行性初步研究》详细描述了3dp工艺的过程：①粉末床沿z轴整体下降一层；②粉末铺层(粉末喂料系统先将混合粉末输送到平台上，铺棒滚压铺粉)；③喷涂成形(喷头在xy平面运动，在设定区域喷涂粘合剂，将粉末粘结成二维层状)；④重复①-③步骤，直至片剂成形，干燥，除粉。与现有的粉末压片和湿法制粒工艺相比：3dp技术制备的片剂更均匀致密，各层粉末不同可实现不同的功能。但3dp技术需使用过量粉体来填充整个粉床，存在粉末的浪费和回收问题，而且粘合剂的加入位置仅限于喷嘴在粉床表面的移动范围，喷头的机械运动轨迹与打印片的表面积一致，而喷头的机械运动速度有限，生产效率难以提高。

公开日2016年07月13日，公开号cn105751512a的中国发明专利，公开了一种多喷头高速3d打印设备及打印方法。采用多个喷头打印，虽然在一定程度上提高了打印效率，但一次打印片剂的量仍然取决于喷头的数量，而考虑到设备大小和机械成本，喷头数量的增加也是有限的，无法从根本上实现逐层打印片剂的快速成型。

技术实现要素：

针对以上现有技术的不足，本发明提供如下技术方案：

提供一种快速逐层打印片剂的成型设备，所述设备包括送粉系统和成型系统，所述送粉系统内部有空腔储粉，底部开口可自由出粉，所述成型系统包括加热装置、喷雾装置以及上模和下模，所述上模设有若干数量的孔洞，且两侧分别设有第一装配区和第二装配区，所述下模设有与上模孔洞尺寸和数量相应的凸柱，上模与下模通过孔洞与凸柱的配合构造铺粉区形成粉床，所述送粉系统安装在上模上方水平设置的轨道上，且送粉系统与步进电机相连，步进电机通过脉冲发生器驱动其在上模的第一装配区和第二装配区之间做往复运动，所述下模放置在上模正下方，且下模置于机械升降平台上，能沿竖直方向做往复运动，下模竖直下降一定高度，完成片剂打印，下模竖直上升到最高点时，与上模完全重合，复位出片。

优选的，所述加热装置为红外加热装置，安装位置距离粉床正上方高度为15-30cm或所述加热装置为电加热装置，安装位置为粉床内部或四周；所述喷雾装置为高压静电雾化装置或压电式雾化装置，采用侧喷、顶喷和底喷中的任意一种或所述喷雾装置为超声波雾化装置或低气压雾化装置，采用底喷，安装位置距离粉床正上方高度为2-20cm。

优选的，所述喷雾装置喷嘴形态是圆形或长条形，喷嘴数量为1-10个。

优选的，所述上模(4-1)孔洞的形状为圆形、椭圆形、胶囊形、三角形、心形和方形中的一种或多种，孔洞的数量为1-1000个。

更优选的，所述上模(4-1)孔洞的形状为圆形、三角形、心形和方形的组合，孔洞数量为10-300个。

优选的，所述上模(4-1)和下模(4-2)的材料为不锈钢或铜，表面设有特氟龙涂层。特氟龙涂料具有不粘性、耐热性、滑动性、抗湿性以及耐磨损性和耐腐蚀性，能降低产品生产成本，提高产品质量以及生产效率等。

一种快速逐层打印片剂成型设备的使用方法，具体包括以下步骤：

s1：构造铺粉区，上模水平固定，下模置于上模正下方，下模竖直下降一层的高度，上模孔洞内形成一层高度的铺粉区；

s2：铺粉，送粉系统在步进电机驱动下沿水平方向运动，完成一次铺粉，往复一次，完成两次铺粉；

s3：粉末层粘结，喷雾装置向粉床喷粘合剂或润湿剂，经加热装置(2)加热，完成粉末层粘结；

s4：根据下降总高度和每层下降高度，计算所需打印层数n，将上述步骤s1-s3重复n次，完成片剂的打印；

s5：下模(4-2)竖直向上运动到最高位，完成复位出片，片剂进行后续干燥、检测和包装。

优选的，所述步骤s1中下模每层下降高度为0.1-3mm，下降总高度为3-20mm；所述步骤s2中粉末粒径为50-1000μm，送粉系统水平运动速度为1-20cm/s；所述步骤s3中喷雾装置的喷雾密度为50-1200ml/m²，所述加热装置的加热时间为0-300s。

更优选的，所述步骤s1中下模每层下降高度为0.5-1.5mm，下降总高度为3-15mm；所述步骤s2中粉末粒径为50-400μm，送粉系统水平运动速度为5-15cm/s；所述步骤s3中喷雾装置的喷雾密度为200-800ml/m²，所述加热装置的加热时间为0-60s。

优选的，所述步骤s3中粘合剂为羟丙甲纤维素或聚乙烯吡咯烷酮的乙醇水溶液，润湿剂为乙醇水溶液。

更优选的，所述步骤s3中粘合剂为质量分数为1％-10％的聚乙烯吡咯烷酮乙醇水溶液，其中乙醇水溶液中乙醇的体积分数为40％-90％；所述润湿剂为乙醇体积分数60％-80％的乙醇水溶液。

本发明的有益效果是：

(1)本发明基于成型模具实现了定向铺粉。不需要过量粉体来填充整个粉床，防止了原辅料的浪费，也避免了粉末回收问题。降低了大生产和个性化用药的原辅料成本，利于现有设备的小型化和微型化。

(2)本发明基于喷雾装置实现了粘合剂或润湿剂的快速加入。喷雾装置可使粘合剂或润湿剂快速雾化、均匀分布，相比于现有喷涂装置依靠喷头机械运动喷涂效率大大提高。根据喷雾原理，本发明公开了多种喷雾装置的原理和安装位置，喷嘴的方向、形态和数量，喷雾的时间等。不仅避免了常规高压气流喷雾时气流对粉末分布的影响；也大大提高了对雾滴大小和均匀性的控制。

(3)本发明重复“下模下降单层高度-铺粉-粘合固化”操作，对片剂进行逐层打印。每层打印时间仅与送粉系统的水平移动速度、喷雾装置的喷雾时间和加热装置的加热时间有关。整体打印时间仅与样品层数有关，与样品大小、形状和数量无关，真正实现了快速逐层打印。对部分产品而言，每层加热有利于减少粉料在模具上的粘合，提高每层装填量的准确性，减少片重差异，提高表面的平整性。为进一步提高生产效率和保证质量，可调整各层加热不同的时间或设定模具恒定底温。

附图说明

图1为设备部件示意图。

图2为成型模具三维图。

附图标注：送粉系统1、干燥装置2、喷雾装置3、上模4-1、下模4-2、成型系统5、第一装配区6、第二装配区7。

孔洞为圆形的模具上膜a、孔洞为圆形的模具下模b、各种形状组合成型模具俯视图c。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1黄芪多糖片

含药粉末制备：自制黄芪多糖浓浸膏，与乳糖和微晶纤维素混合，湿法制粒，得到粒径为300-380μm的含药粉末。

s1：构造铺粉区。安装带有60个圆形(直径＝12mm)孔洞的上模4-1和相对应的下模4-2；下模4-2放置在上模4-1正下方，且下模4-2置于机械升降平台上，沿竖直方向做往复运动(附图中没有画出)，随机械升降平台沿竖直方向下降1.5mm，上模4-1孔洞内形成高为1.5mm的60个圆形孔洞，为铺粉区；

s2：铺粉。将含药粉末加入送粉系统1中，送粉系统安装在上模4-1上方水平设置的轨道上，且与步进电机相连(附图中没有画出)，在步进电机驱动下沿上模4-1水平方向以7cm/s的速度做往复运动。一次水平单向运动，即可完成一次铺粉，一次水平往复运动，即可完成两次铺粉。

s3：粉末层粘结。喷雾装置3选择低气压雾化装置，底喷方式，安装在粉床正上方15cm处。以600ml/m²的喷雾密度喷70％的乙醇水溶液；加热装置2选择安装在模具内部的电加热，50℃加热20s，即完成一层粉末层的粘结；

s4：将上述步骤s1-s3重复三次，完成片剂打印。60片黄芪多糖片的打印总时长约2min。

s5：下模4-2竖直向上运动到最高位，完成复位出片。将片剂置于60℃烘箱进一步干燥50min。所得黄芪多糖片表面光滑平整，平均片重为386mg。

实施例2板蓝根片

含药粉末制备：自制板蓝根粉末，筛选平均粒径约180μm的粉末备用。

s1：构造铺粉区。安装带有100个胶囊形(长径＝18mm，短径＝7mm)孔洞的上模4-1和相对应的下模4-2；下模4-2放置在上模4-1正下方，且下模4-2置于机械升降平台上，沿竖直方向做往复运动(附图中没有画出)，随机械升降平台沿竖直方向下降0.8mm，上模4-1孔洞内形成高为0.8mm的100个胶囊形的孔洞，为铺粉区；

s2：铺粉。将含药粉末加入送粉系统1中，送粉系统安装在上模4-1上方水平设置的轨道上，且与步进电机相连(附图中没有画出)，在步进电机驱动下沿上模4-1水平方向以5cm/s的速度做往复运动。一次水平单向运动，即可完成一次铺粉，一次水平往复运动，即可完成两次铺粉；

s3：粉末层粘结。喷雾装置3选择超声雾化装置，侧喷方式，安装在粉床侧面高5cm处；以400ml/m²的喷雾密度喷80％的乙醇水溶液；加热装置2选择红外线加热装置，功率为300w，安装高度为粉床正上方的20cm，加热时间为60s，完成一层粉末层的粘结；

s4：将上述步骤s1-s3重复六次，完成片剂的打印。100片板蓝根片的打印总时长约8min；

s5：下模4-2竖直向上运动到最高位，完成复位出片。将片剂置于70℃烘箱进一步干燥30min。所得板蓝根片表面光滑平整，平均片重为300mg。

实施例3替硝唑片

含药粉末制备：分别将替硝唑和微晶纤维素干燥、粉碎和过筛，取粒径为80-120μm的原辅料粉末，混合均匀，加入适量硬脂酸镁混合备用；

s1：构造铺粉区。安装带有200个等边三角形(边长＝5mm)孔洞的上模4-1和相对应的下模4-2；下模4-2放置在上模4-1正下方，且下模4-2置于机械升降平台上(附图中没有画出)，随机械升降平台沿竖直方向下降0.5mm，上模4-1孔洞内形成高为0.5mm的200个三角形的孔洞，为铺粉区；

s2：铺粉。将含药粉末加入送粉系统1中，送粉系统安装在上模4-1上方水平设置的轨道上，且与步进电机相连(附图中没有画出)，在步进电机驱动下沿上模4-1水平方向以15cm/s的速度做往复运动。一次水平单向运动，即可完成一次铺粉；一次水平往复运动，即可完成两次铺粉。

s3：粉末层粘结。喷雾装置3选择高压静电雾化装置，顶喷方式，安装在粉床正上方20cm处。以500ml/m²的喷雾密度喷3％聚乙烯吡咯烷酮乙醇水溶液；加热装置2选择安装在模具周围的加热片，55℃加热一定时间(1-3层40s/层，4-22层0s/层，23-25层40s/层)，完成一层粉末层的粘结。

s4：将上述步骤s1-s3重复24次，完成片剂的打印。200片替硝唑片的打印总时长约7min。

s5：下模4-2竖直向上运动到最高位，完成复位出片。将片剂置于80℃烘箱进一步干燥30min。所得替硝唑片表面光滑平整，平均片重为180mg。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。