一种针对PCL复合材料的3D打印设备的制作方法

本实用新型涉及组织工程中的生物打印技术领域，特别是一种针对PCL复合材料的3D打印设备。

背景技术：

组织工程是利用工程学、生命科学的原理和方法制备人工替代物，用以维持、恢复或提高人体组织器官的一部分或全部功能。组织工程可应用于骨和软骨组织工程，皮肤组织工程，心、肝、肾等内脏器官组织等多个方面。

生物3D打印技术是利用离散/堆积成型的基本原理和方法，将生物材料(天然生物高分子材料和人工合成生物高分子材料)构建成所需的的植入体。生物3D打印技术作为一种生命科学与现代制造科学交叉的新兴技术，它的出现将有利于组织工程中所需的各种三维植入体的构建。

PCL(聚已内酯)由于其生物降解性能好，生物安全性高等特点，目前已被广泛地运用到各类骨支架的构建中。目前PCL(聚已内酯)复合材料骨支架的构建所采用的方法主要要静电纺丝法和3D打印。

在支架的构建中，静电纺丝法主要存在有以下不足之处：

1、支架内部结构可控性低，无法构建有利于细胞附着、生长、繁殖的内部结构；

2、支架几何外轮廓与人体病患组织区域匹配度低。

3D打印技术能够构建与人体病患组织几何外轮廓高匹配度的生物支架，同时支架的内部结构也可以很好的控制。目前螺杆挤出式打印机在支架构建中使用较为频繁，但针对PCL(聚已内酯)材料而言缺少加热模块，成型精度也无法满足要求。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种针对PCL复合材料的3D打印设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种针对PCL复合材料的3D打印设备，包括熔腔套管，所述熔腔套管内部设有材料熔腔，材料熔腔内设有螺杆，螺杆顶部连接隔热装置，隔热装置连接螺杆电机，螺杆电机通过隔热装置带动螺杆转动，熔腔套管底部设有与材料熔腔连通的打印喷头。

本实用新型中，所述材料熔腔内部为上宽下窄的腔体结构。

本实用新型中，所述螺杆包括上部的主体部分和下部的锥体部分，主体部分的螺纹间距大于锥体部分的螺纹间距。

本实用新型中，所述螺杆的锥体部分的锥形角为30°。

本实用新型中，所述熔腔套管外侧连接用于固定螺杆电机的电机固定架，电机固定架上连接喷头连接片，喷头连接片连接安装支架。

本实用新型中，所述安装支架为龙门架，龙门架上端设有X轴导轨、X轴电机和X轴传送带，X轴电机驱动X轴传送带，X轴传送带带动X轴导轨运动，X轴导轨连接喷头装置，龙门架底部设有Y轴电机、Y轴传送带以及与X轴导轨垂直的Y轴导轨，Y轴电机驱动Y轴传送带，Y轴传送带带动Y轴导轨运动，Y轴导轨上连接一成型平台，成型平台位于喷头装置下方，Y轴导轨一侧的龙门架上设有竖直的升高柱和Z轴螺杆，Y轴导轨连接Z轴螺杆，Y轴导轨通过滑块连接到升高柱上，在Z轴螺杆的带动下，实现Y轴导轨和成型平台的整体升降。

本实用新型中，所述熔腔套管顶部设有可旋转的L型固定栓，L型固定栓上设有止挡臂；L型固定栓的止挡臂转到材料熔腔顶端时用于对材料熔腔限位。

本实用新型中，所述熔腔套管侧面连接微位移台，微位移台侧面连接UV灯架连接片，UV灯架连接片底部连接UV灯架，UV灯架上设有UV光源。

本实用新型中，所述熔腔套管侧壁上设有加热装置。对材料熔腔进行加热。

有益效果：(1)熔腔套管侧壁上设有加热装置，可对螺杆挤出3D打印机的材料熔腔直接进行加热，进行3D打印。

(2)与传统螺杆挤出打印机相比，螺距变化的锥形螺杆挤出材料更加均匀，成型效果更好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是实施例的结构示意图；

图2是喷头装置结构示意图；

图3是喷头装置结构示意图；

图4是螺杆示意图；

图5是螺杆示意图；

图6是螺杆示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细说明。

实施例：

如图1-图3，本实施例提供的一种针对PCL复合材料的3D打印设备，包括螺杆电机1、螺杆2、材料熔腔3、熔腔套管4、喷头连接片5、电机固定架6、隔热装置7、微位移台8、UV灯架连接片9、UV灯架10、UV光源11、L型固定栓12、材料入口13、第一加热装置14、第二加热装置15、第一螺孔16、第二螺孔17、打印喷头18、控制器19、打印机架20、喷头装置21、成型平台22、X轴传送带23、X轴导轨24、Y轴传送带25、Y轴导轨26、升高柱27和Z轴螺杆28；

龙门架上端设有X轴导轨、X轴电机和X轴传送带，X轴电机驱动X轴传送带23，X轴传送带23带动X轴导轨24运动，X轴导轨连接喷头装置，龙门架底部设有Y轴电机、Y轴传送带以及与X轴导轨垂直的Y轴导轨，Y轴电机驱动Y轴传送带25，Y轴传送带25带动Y轴导轨26运动，Y轴导轨上连接一成型平台22，成型平台22位于喷头装置下方，Y轴导轨一侧的龙门架上设有竖直的升高柱27和Z轴螺杆28，Y轴导轨连接Z轴螺杆，Y轴导轨通过滑块连接到升高柱27上，在Z轴螺杆28的带动下，实现Y轴导轨26和成型平台22的整体升降。

其中，所述打印机架20为龙门架，龙门架上安装喷头装置21，所述喷头装置21包括材料熔腔3、熔腔套管4、第一加热装置14、第二加热装置15、UV光源11、电机1、电机固定架6、隔热装置7和螺杆2。熔腔套管4内部设有材料熔腔3，材料熔腔3内设有螺杆2，螺杆2顶部连接隔热装置7，隔热装置7连接螺杆电机1，螺杆电机1通过隔热装置7带动螺杆2转动，熔腔套管4底部设有与材料熔腔3连通的打印喷头18。

材料熔腔3安装在熔腔套管4内，所述熔腔套管4连接电机固定架6，电机固定架6连接喷头连接片5，所所述喷头连接片5通过螺孔17连接打印机架20。

熔腔套管4顶部设有可旋转的L型固定栓12，L型固定栓12转到材料熔腔3顶端，配合熔腔套管4可对材料熔腔进行限位。所述UV灯架侧面设有螺孔16，螺钉固定UV光源11。

所述熔腔套管4外侧安装微位移台8，所述微位移台8连接UV灯架连接片9、所述UV灯架连接片9连接UV灯架10，所述UV灯架10上安装UV光源11。调节微位移台8上下调节UV光源11射线交点。

如图4和图5，所述材料熔腔3底端安装打印喷头18，所述材料熔腔3顶部设有材料入口13，所述材料熔腔3内部为上宽下窄的梯形结构，有利于材料的进给。

所述电机1固定在电机固定架6上，所述电机1连接隔热装置7，所述隔热装置7连接螺杆2。

如图6，螺杆2顶部螺纹的螺距是d,螺杆主体螺纹螺距是2d,螺杆顶部的锥形角为30度。

工作原理和工作过程：

(1)通过扫描和CAD设计出三维实体模型，将利用上位机对模型进行切片处理；

(2)选择实验材料，按照合适的比例，配置成形所需的PCL(聚已内酯)复合高分子材料并置于材料熔腔内；下位机运动控制系统控制加热装置将材料熔腔内的材料加热至熔融状态；

(3)将切片得到的数据信息下发到下位机运动控制系统，运动控制系统根据接收到得数据和控制信息控制喷头装置做X、Y方向运动，喷头在气压控制器作用下喷射PCL(聚已内酯)复合材料液滴，一层加工完毕后，成型平台下降一个层厚，进行第二层打印，如此逐层叠加成形；

(4)若采用含光敏材料的高分子PCL(聚已内酯)复合材料，喷头喷出的高分子液滴在UV光源的照射下迅速凝固并粘结在一起，若采用不含光敏材料的高分子PCL(聚已内酯)复合材料，喷头喷出的高分子液滴与打印区域内的基底溶液在化学交联作用下完成固化过程；

本实用新型提供了一种针对PCL复合材料的3D打印设备，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。