复合生物3D打印装置及其打印方法与流程

文档序号:12628780阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种复合生物3D打印装置,其特征在于,所述复合生物3D打印装置包括:

生物墨水挤出系统,所述生物墨水挤出系统包括利用生物墨水来进行3D打印的挤出针头;

静电纺丝挤出系统,所述静电纺丝挤出系统包括利用静电纺丝液来进行静电纺丝的电纺针头,和用于加载收集电压以收集静电纺丝纳米纤维的收集电极;以及

收集部件,所述收集部件具有用于收集生物墨水纤丝和所述静电纺丝纳米纤维的收集面;

其中,所述挤出针头的轴线与所述收集面的交点和所述收集电极的轴线与所述收集面的交点重合,

所述收集部件以所述收集面与所述挤出针头的轴线正交的方式配置,在与所述挤出针头的轴线正交的方向上,所述挤出针头与所述电纺针头一起能够相对于所述收集部件进行相对运动;在所述相对运动的方向上,所述电纺针头中的至少一个电纺针头位于所述挤出针头的后方;并且

所述挤出针头和所述电纺针头位于所述收集部件的具有所述收集面的一侧,所述收集电极位于所述收集部件的与所述一侧相反的另一侧,所述收集电极的轴线与所述挤出针头的轴线共轴。

2.根据权利要求1所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述收集面水平配置,所述挤出针头和所述电纺针头竖直配置,并且

所述挤出针头和所述电纺针头位于所述收集部件的上方,所述收集电极位于所述收集部件的下方。

3.根据权利要求2所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述收集电极从所述收集部件的下方与所述收集部件接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述静电纺丝挤出系统具有多个电纺针头,在所述相对运动的方向上始终使得所述多个电纺针头中的至少一个电纺针头位于所述挤出针头的后方。

5.根据权利要求4所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述多个电纺针头绕着所述挤出针头配置,且所述多个电纺针头与所述收集部件之间的距离相等,并且

所述多个电纺针头中的每一个电纺针头的轴线与所述挤出针头的轴线之间的垂直距离相等,相邻的两个所述电纺针头之间的距离相等。

6.根据权利要求5所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述静电纺丝挤出系统包括四个电纺针头,所述四个电纺针头以所述挤出针头为中心、相邻两个间隔90度中心角的方式配置。

7.根据权利要求4所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述复合生物3D打印装置还包括三维运动系统,所述三维运动系统具有能够驱动所述收集部件在相互正交的两个方向上运动而实现所述相对运动的X-Y轴运动平台。

8.根据权利要求7所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述三维运动系统还包括Z轴运动平台,所述Z轴运动平台能够调节所述挤出针头和所述电纺针头两者与所述收集部件在所述挤出针头的轴线方向上的距离。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述挤出针头和所述电纺针头之间设置有静电屏蔽部件。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的复合生物3D打印装置,其特征在于,所述电纺针头和所述收集电极由非绝缘材料制成,所述复合生物3D打印装置除了所述电纺针头和所述收集电极的其它组件均由绝缘材料或者经过绝缘处理的材料制成。

11.一种采用权利要求1至10中任一项所述的复合生物3D打印装置的打印方法,其特征在于,所述打印方法包括以下步骤:

S1:绘制待打印对象的三维模型,对所述三维模型进行分层处理以得到所述三维模型的每一层的截面的图形;

S2:选择适用于进行3D打印的材料以将该材料溶解于第一溶剂中制成所述生物墨水,并且选择适用于进行静电纺丝的材料以将该材料溶解于第二溶剂中制成所述静电纺丝液;

S3:将所述生物墨水和所述静电纺丝液分别供给到所述挤出针头和所述电纺针头;

S4:调整所述挤出针头和所述电纺针头之间的距离,并且调整所述挤出针头和所述电纺针头两者与所述收集部件之间的距离,对所述电纺针头和所述收集电极供给预定的电压;

S5:根据获得的所述三维模型的一层的截面的图形,控制所述相对运动并使得所述挤出针头同步挤出所述生物墨水,同时始终控制位于所述挤出针头在所述相对运动方向后方的所述电纺针头进行静电纺丝,使得静电纺丝纳米纤维在所述收集电极的引导下被收集到所述收集部件上的生物墨水纤丝的表层形成纤维层;

S6:当按照所述三维模型的一层的截面的图形打印完成之后,使得所述挤出针头和所述电纺针头在远离所述收集面的方向上移动与所述一层的厚度相同的距离,并提取下一层的截面的图形并继续进行步骤S5直至打印完成整个三维模型。

12.根据权利要求11所述的打印方法,其特征在于,在所述步骤S2中,

适用于进行3D打印的材料为明胶、胶原、透明质酸、壳聚糖、海藻酸钠、丝素、纤维蛋白、果胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其醚化物、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种按任意比例混合的混合物;和/或

适用于静电纺丝的材料为聚乳酸、聚ε-己内酯、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、聚乳酸-聚乙二醇共聚物、聚ε-己内酯与聚乳酸或聚乙二醇的共聚物、聚二氧六环酮、聚酸酐中的一种或几种按任意比例混合的混合物;和/或

所述第一溶剂为水、钙盐水溶液、镁盐水溶液、细胞培养基、磷酸盐缓冲液、硝酸盐缓冲液、Tris缓冲液中的任意浓度的溶液或几种按任意比例混合的混合溶液;和/或

所述第二溶剂为水、乙醇、甲醇、六氟异丙醇、丙酮、四氢呋喃、甲酸、醋酸、二氧六环、三氟乙酸中的任意浓度的溶液或几种按任意比例混合的混合溶液。

13.根据权利要求11所述的打印方法,其特征在于,在所述步骤S4中,

对所述电纺针头供给的用于进行静电纺丝的电纺电压为5kV~30kV,对所述收集电极供给的收集电压为0kV~5kV,该电纺电压与该收集电压的极性不同,和/或

在与所述收集面正交的方向上,所述电纺针头与所述收集面之间的距离为0.1cm~20cm。

14.根据权利要求11所述的打印方法,其特征在于,在所述步骤S5中,所述挤出针头的扫描速度为0.1mm/s~5mm/s,所述挤出针头的挤出速率为0.5mL/h~5mL/h。

15.根据权利要求11所述的打印方法,其特征在于,在所述步骤S5或所述步骤S6中,调节所述收集部件的温度或环境温度使所述生物墨水预固化。

16.根据权利要求15所述的打印方法,其特征在于,所述收集部件的温度或所述环境温度的温度范围为-40℃~15℃。

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