用于烧伤植皮的3D打印装置的制作方法

本实用新型涉及3D打印机技术领域，具体涉及一种用于烧伤植皮的3D打印装置。

背景技术：

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

烧伤整形及外科创面修复是现代临床中很常见的手术，一般而言，为了方便给患者及其家属进行讲解，以免产生不必要的误会，进行烧伤整形或者外科创面修复前需要按照患者需要修复的部位来制作一个结构模型。现有技术中一般利用手工或者机械加工的方式来制作简单的患者部位结构模型，并且这些结构模型是放入工厂中批量生产然后放入到各个医院中进行使用，并不能反应患者烧伤部位的真实形状尺寸。

为了解决上述技术问题，研发人员通过扫描设备扫描患者的烧伤部位，并根据扫描设备扫描到的图像利用3D打印机制作患者烧伤部位的结构模型，再将制作完成的移植皮肤移植到结构模型上，以此检测移植皮肤与结构模型的形状尺寸匹配度是否达到要求，此方法虽说解决了现有技术中的结构模型不能正确反应患者烧伤部位形状尺寸的问题，但是，此方法制作出的结构模型仅仅用于检测移植皮肤的形状尺寸精度与匹配度，并不能提高移植皮肤的制作效率和形状尺寸精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足提出一种在患者烧伤部位的结构模型上制造移植皮肤的3D打印装置，以提高移植皮肤的形状尺寸精度，减少移植皮肤移植到患者烧伤部位时出现的形状尺寸不吻合现象。该目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型提供了一种用于烧伤植皮的3D打印装置，其中，3D打印装置包括：扫描设备，扫描设备用于扫描患者烧伤部位的形状尺寸；控制器，控制

器与扫描设备连接，用于接收扫描设备扫描到的形状尺寸；第一打印系统，第一打印系统与控制器连接，控制器根据形状尺寸控制第一打印系统打印患者烧伤部位的结构模型；第二打印系统，第二打印系统与控制器连接，控制器根据结构模型控制第二打印系统在结构模型上打印患者烧伤部位的移植皮肤。

优选地，3D打印装置还包括成型室，第一打印系统和第二打印系统设置于成型室内或设置于成型室外靠近成型室的位置。

优选地，第一打印系统包括：第一供料箱，第一供料箱设置于成型室内，第一供料箱内储存有第一打印物料；成型箱，成型箱设置于成型室内靠近第一供料箱的位置，成型箱用于接收第一供料箱提供的第一打印物料；加热装置，加热装置的加热口设置于成型室顶部位于成型箱正上方的位置，用于将成型箱内的第一打印物料加热熔化形成结构模型。

优选地，加热装置包括：激光器，激光器设置于成型室外靠近成型室的位置；激光传递管，激光传递管的第一端与激光器连接，激光传递管的第二端与成型室贯通，且激光传递管的第二端位于成型箱正上方。

优选地，第二打印系统包括：第二供料箱，第二供料箱设置于成型室外靠近成型室的位置，第二供料箱内储存有第二打印物料；喷头，喷头与第二供料箱连接并设置于成型室的顶部，用于接收第二打印物料并将第二打印物料打印至结构模型上形成移植皮肤。

优选地，3D打印装置还包括移动装置，移动装置设置于成型室底部并与成型箱连接，移动装置能够将成型箱以及成型箱内的结构模型移动至第二打印系统的喷头的下方。

优选地，移动装置包括：滚珠丝杠驱动装置，滚珠丝杠驱动装置的驱动螺杆横向设置于成型箱的下方，且滚珠丝杠驱动装置的驱动螺母通过连接杆连接于成型箱的底部，驱动螺母能够在驱动螺杆的驱动下带动成型箱在激光传递管的第二端和喷头之间移动。

优选地，3D打印装置还包括：液压驱动装置，液压驱动装置设置于成型室的底部，液压驱动装置包括竖直方向的输出轴，输出轴的端部设置有支撑板，滚珠丝杠驱动装置位于支撑板上，液压驱动装置的输出轴能够带动支撑板和支撑板上的滚珠丝杠驱动装置作竖直方向运动。

优选地，3D打印装置还包括：预热室，预热室与成型室相通，用于在激光器熔化第一打印物料前对成型室进行预热；充气室，充气室内储存有保护气，充气室与预热室相通，充气室内的保护气流经预热室流入成型室对成型室进行预热。

优选地，3D打印装置还包括：抽气设备，抽气设备的抽气口与成型室相通，用于在预热室对成型室进行预热前抽取成型室内的空气。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，通过3D打印装置的第一打印系统打印患者烧伤部位的结构模型，通过3D打印装置的第二打印系统在结构模型上打印与结构模型相吻合的移植皮肤，以此提高移植皮肤的制作效率以及形状尺寸精度，减少移植皮肤移植到患者烧伤部位时出现形状尺寸不吻合的现象。具体地，第一打印系统中的第一打印物料为打印人体骨骼结构的常用材料如金属和陶瓷粉末，第一打印物料在成型箱内经激光熔化为患者烧伤部位的结构模型，第二打印系统中的第二打印物料为打印移植皮肤常用的材料如人体细胞等生物材料，第二打印物料经喷头喷射至结构模型上形成与结构模型形状尺寸相吻合的移植皮肤。

进一步地，本实用新型的3D打印装置中还设置有预热室，通过预热室在激光器熔化金属粉末等待加工材料前对成型室进行预热，可以降低激光器熔化金属粉末时金属粉末与成型室环境的温度梯度，从而降低结构模型成型过程中的内部热应力，再进一步地，预热室通过惰性气体等保护气对成型室进行预热可以减少成型室内的空气与结构模型发生化学反应的现象。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型一种实施方式的成型箱处于第一打印系统的结构示意图。

图2为图1所示成型箱处于第一打印系统的侧视图。

图3为本实用新型一种实施方式的成型箱处于第二打印系统的结构示意图。

10、扫描设备；20、控制器；30、成型室；41、第一供料箱；42、成型箱； 43、激光器；44、激光传递管；45、第一送料电机；46、第二送料电机；47、刮板；51、第二供料箱；52、喷头；61、驱动螺杆；62、驱动螺母；63、连接杆；71、液压缸；72、输出轴；73、支撑板；81、预热室；82、充气管道；90、抽气设备。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上

面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

图1为本实用新型一种实施方式的成型箱处于第一打印系统的结构示意图。

图2为图1所示成型箱处于第一打印系统的侧视图。

图3为本实用新型一种实施方式的成型箱处于第二打印系统的结构示意图。

如图1、图2和图3所示，根据本实用新型的实施例，3D打印装置包括扫描设备10、控制器20、成型室30、第一打印系统和第二打印系统，其中，扫描设备10包括X线管、探测器和扫描架，扫描设备10扫描感应患者烧伤部位的形状尺寸信息，并根据感应到的形状尺寸信息生成患者烧伤部位的结构模型信号。具体地，X线管发出X线束对患者烧伤部位的厚度层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字信号，将该数字信号发送给控制器20如计算机内，控制器20根据数字信号生成结构模型信号，并将结构模型信号发送给分割模块，分割模块接收到结构模型信号之后，对结构模型进行分层，将选定层面分成若干个体积相同的长方体，即：体素(voxel)，分割模块扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵，数字矩阵可存储于磁盘或光盘中，经分割模块的数字/ 模拟转换器把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素 (pixel)，并按矩阵排列，即构成扫描设备10的结构模型信号，分割模块根据扫描设备10的结构模型信号生成打印信号，并将打印信号发送给第一打印系统和第二打印系统，第一打印系统利用SLM技术(选择性激光熔化技术)通过加热装置将一层层第一打印物料熔化粘接在一起形成患者烧伤部位的结构模型，第二打印系统利用生物材料打印技术在结构模型上打印患者烧伤部位的移植皮肤。具体地，第一打印系统和第二打印系统分别位于成型室30的不同位置，第一打印系统包括第一供料箱41、成型箱42和加热装置，第一供料箱41设置于成型室30内，第一供料箱41内储存有第一打印物料如金属粉末和陶瓷粉末，成型箱42设置于成型室30内靠近第一供料箱41的位置，成型箱42用于接收第一供料箱41提供的第一打印物料，加热装置的加热口设置于成型室30顶部位于成型箱42正上方的位置，用于将成型箱42内的第一打印物料加热熔化形成结构模型，第二打印系统包括第二供料箱51和喷头52，第二供料箱51设置于成型室30外靠近成型室30的位置，第二供料箱51内储存有第二打印物料如人体细胞等生物材料，喷头52与第二供料箱51连接并设置于成型室30的顶部，用于接收第二打印物料并将第二打印物料打印至结构模型上形成患者烧伤部位的移植皮肤，其中，移植皮肤根据结构模型上烧伤部位的形状尺寸打印，直到烧伤部位上的移植皮肤完全嵌入结构模型为止。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，第一打印系统中的加热装置包括激光器43和激光传递管44，激光器43设置于成型室30外靠近成型室30的位置，激光传递管44的第一端与激光器43连接，激光传递管44 的第二端与成型室30贯通，且激光传递管44的第二端位于成型箱42正上方。具体地，激光传递管44用于将激光器43发射的激光波传递至成型室30，成型室30与激光传递管44的出口密封连接，成型室30内与激光传递管44出口相对的位置设置有成型箱42，成型箱42靠近第一供料箱41设置，第一供料箱41 底部的第一送料电机45驱动第一供料箱41内的第一打印物料向上移动，第一供料箱41附近的第二送料电机46通过传送带驱动刮板47在第一供料箱41与成型箱42之间移动，将第一供料箱41内的第一打印物料刮进成型箱42内，成型箱42内的金属粉末等第一打印物料在成型箱42内经激光波熔化成型为患者烧伤部位的结构模型。再具体地，激光器43向激光传递管44发射激光波，激光传递管44中设置有光纤，激光波通过光纤在激光传递管44中传递，且激光传递管44中依次设置有通过光纤连接的扩束镜、振镜和集束镜，用于在激光波传递过程中对激光波的方位进行调节，使激光波从激光传递管44出口发射时正好对准成型箱42内的待加工金属粉末，使金属粉末经激光熔化形成结构模型。

继续参阅图1、图2和图3，需要说明的是，激光器43利用SLM技术(选择性激光熔化技术)将一层层第一打印物料熔化粘接在一起形成烧伤部位的结构模型，只是本实用新型的一个优选实施例，并不是对本实用新型加热装置以及加热方式的限制，如本实用新型还可以利用选择性激光烧结技术打印患者烧

伤部位的结构模型，这种调整并不偏离本实用新型的保护范围。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，第二打印物料包括人体细胞等生物材料以及在人体细胞等生物材料中添加的由聚合物单体与预聚体组成的光引发剂(光敏剂)，当控制器20控制第二打印系统把人体细胞等生物材料通过喷头52在结构模型上一层层叠加起来后，第二打印系统中的紫外光 (例如，250-405nM波长)照射人体细胞等生物材料以及光引发剂，使人体细胞等生物材料在结构模型上迅速固化成型，最终形成患者烧伤部位的移植皮肤。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，3D打印装置还包括移动装置，移动装置设置于成型室30底部并与成型箱42连接，能够将成型箱42以及成型箱42内的结构模型移动至第二打印系统的喷头52的下方。具体地，移动装置包括滚珠丝杠驱动装置，滚珠丝杠驱动装置的驱动螺杆61横向设置于成型箱42的下方，滚珠丝杠驱动装置的驱动螺母62通过连接杆63连接于成型箱42的底部，驱动螺母62在驱动螺杆61的驱动下带动成型箱42在激光器43的第二端和喷头52之间移动。需要说明的是，滚珠丝杠驱动装置是本实用新型移动装置的一个优选实施例，并不是对本实用新型移动装置的限制，即本实用新型的移动装置还可以为其他装置如由驱动电机和转向齿轮组成的组合装置，这种调整并不偏离本实用新型移动装置的保护范围。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，本实用新型的3D 打印装置还包括设置于成型室30底部的液压驱动装置，液压驱动装置包括液压缸71和竖直方向的输出轴72，输出轴72的端部设置有支撑板73，滚珠丝杠驱动装置位于支撑板73上，液压驱动装置的输出轴72能够带动支撑板73和支撑板73上的滚珠丝杠驱动装置作竖直方向运动。因此，当结构模型以及结构模型上的烧伤部位的移植皮肤制作完成后，结构模型和烧伤部位的移植皮肤可以通过液压驱动装置移动至成型室30的底部，并在滚珠丝杠驱动装置的驱动下移动至成型室30的室门口，方便用户将结构模型和烧伤部位的移植皮肤从成型室 30内取出。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，为了减少结构模型在激光熔化过程中的内部热应力，3D打印装置还包括预热室81和充气室(图中未示出)，其中，预热室81与成型室30相通，用于在激光器43熔化金属粉

末等待加工材料前对成型室30进行预热，充气室内储存有保护气，充气室与预热室81相通，充气室内的保护气流经预热室81后流入成型室30对成型室 30进行预热。具体地，预热室81内设置有换热管以及与换热管连接的换热片，充气室内的惰性气体等保护气通过充气管道82流入预热室81内并与预热室81 内的换热管以及换热片进行热交换，再充入成型室30内对成型室30进行温度调节，以此降低激光器43熔化金属粉末时金属粉末与成型室30环境的温度梯度，降低结构模型成型过程中的内部热应力，再进一步地，预热室81通过惰性气体等保护气对成型室30进行预热可以减少成型室30内的空气与结构模型发生化学反应的现象。

继续参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的实施例，3D打印装置还包括抽气设备90，抽气设备90的抽气口与成型室30相通，用于在预热室81对成型室30进行预热前抽取成型室30内的气体。具体地，本实用新型的抽气设备90可以为抽气泵等常见的抽气设备90，抽气泵在预热室81对成型室30进行预热前抽取成型室30内的空气，以减少成型室30中的空气与结构模型发生化学反应的现象。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。