一种人造心脏打印用3D打印设备及仿生构建方法与流程

一种人造心脏打印用3d打印设备及仿生构建方法
技术领域
1.本发明涉及医疗3d打印设备领域，特别是涉及一种人造心脏打印用3d打印设备及仿生构建方法。


背景技术：

2.现代医学可以使用3d打印仪器，通过构建器官的三维计算机模型，利用三维打印技术，通过操纵细胞和生物墨水构造活性结构，组装出活性器官，但是患者本身损伤的器官与正常器官存在不同，因此常需要在打印的过程中对不同位置进行不同耗材颜色的更换，以便于医护人员更加直观的对损伤部位与正常部位的对比。但是现有的人造心脏3d打印设备在对打印的不同颜色耗材的更换过程中，多通过人工进行更换，在更换时需要通过铲刀将喷头底部残余的前一个耗材铲掉，然后将新的耗材插入到喷头的上端，此过程中铲刀频繁的对喷头底部进行切割时，容易造成喷头创伤，导致在对人造心脏打印的过程中出胶时不平整，影响人造心脏打印的成品，同时在此过程中需要手动的去除前一个颜色的耗材，手动安装下一种颜色的耗材，因此在操作的过程中需要至少一个操作员进行手工操作，无法实现全自动化的更换和清理。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种人造心脏打印用3d打印设备，通过设置的废料去除回收组件可实现对喷头底部的耗材实现热熔式清除，并实现机械化的回收，避免传统的切割式造成喷头损伤，通过设置的耗材安装转盘可实现对多种颜色的耗材进行机械化的更换。
4.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种人造心脏打印用3d打印设备，包括设备本体、喷头组件，所述喷头组件包括有喷头、与喷头连接的耗材穿入管；
5.废料去除回收组件，所述废料去除回收组件包括套设在喷头下端的高频感应加热线圈、设置在喷头的一侧可上下伸缩且可水平方向转动的集料斗；
6.集料时：所述集料斗下移至喷头最下端，且转动至喷头正下方；
7.收起时：所示集料斗转动远离喷头21，且向上收缩；
8.耗材安装转盘，所述耗材安装转盘设置在耗材穿入管的一侧，所述耗材安装转盘包括可定频转动的转盘，所述转盘环形阵列有多个径向开设的耗材穿孔，且每个耗材穿孔与耗材穿入管同轴设定，所述转盘外壁开设有与耗材穿孔贯通的通槽，所述耗材安装转盘还包括有可向通槽移动，且可转动的橡胶转盘。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述废料去除回收组件还包括有设置在喷头一侧且可铅垂线方向伸缩的第一步进电机，所述第一步进电机的输出轴端与集料斗之间安装有l杆。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述耗材安装转盘还包括有设置在喷头组件一侧且与转盘底部轴心固定安装的第二步进电机，所述橡胶转盘包括有水平方向固定安装的
驱动电机。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述喷头的一侧安装有激光传感器。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述喷头的两侧安装有喷头冷却组件，所述喷头冷却组件包括有向喷头鼓风的风机、安装在风机出风端的导风管。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述转盘外侧开设有多个弧形槽，所述通槽与弧形槽内侧开设的与耗材穿孔互通，所述橡胶转盘与弧形槽适配，且与转盘轴向垂直设定。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述废料去除回收组件还包括有设置在第一步进电机上端的有第一气缸，所述耗材安装转盘还包括有水平方向伸缩且活塞杆与驱动电机连接的第二气缸。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述转盘径向开设有至少两个耗材穿孔，且转盘为顺逆时针往复式转动。
16.利用本发明的人造心脏打印用3d打印设备的仿生构建方法为：
17.步骤一：利用医院图像扫描，用于采集患者相应器官具体状况的图像信息，使用医院ct、mri、b超等设备进行断层扫描，获取相应器官的断层信息，并且对扫描信息进行三维立体构建，使用医疗扫描设备，将患者的器官结构扫描出来，然后再根据患者的实际情况构建后期的模型；
18.步骤二：根据获取的扫描信息进行病理分析，用于分析病人器官的病理情况，使用mimics软件建立患者器官stl模型即参照stl模型，同时构建正常器官的三维立体模型即对比stl模型；
19.步骤三：对构建参照stl模型和对比stl模型的进行模型分层处理，根据细胞本身结构、仿生学特性，利用计算机图像辅助技术对模型进行分层离散，制作成多个切片，并且细致设计叠加方式；
20.步骤四：将离散制成的切片数据输入到3d生物打印机中，使用生物活细胞和生物墨水进行打印，选择使用具有良好的生物活性、类似体内细胞的外基质环境，采用同轴打印的方法，把神经干细胞做成像线一样的细胞线，线的中心是神经干细胞，周围包裹着的则是神经的支撑细胞，首先构造仿人工器官薄壁以及生血管微流道，以仿生血管微流道为中心逐层构建细胞组织结构层，叠加粘合人工器官薄壁边缘位置后，添加内部仿生细胞外基质，缝合人工器官制造完毕；
21.步骤五：使用3d生物打印机，打印出参照细胞切片，打印过程中使用甲基丙烯酸化水凝胶(gelma)进行细胞之间的黏贴，最后黏贴形成完整的实体参照器官，同理打印出对比细胞切片，并且使用gelma粘合成对比器官模型；
22.步骤六：器官培养环境建造，根据病患的实际需求构建生物环境，将对比器官和参照器官放置在培养基中保存培养，观察记录生理变化。
23.与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
24.1、通过设置的废料去除回收组件可实现对喷头底部的耗材实现热熔式清除，并实现机械化的回收，避免传统的切割式造成喷头损伤，通过设置的耗材安装转盘可实现对多种颜色的耗材进行机械化的更换。
25.2、喷头的一侧安装有激光传感器，在对喷头与载物板之间进行调校时，通过激光传感器，利用激光技术进行测量，使得喷头的最下端与载物板四角之间进行调距，无需通过
垫板的方式进行四角的进行调整
26.3、喷头的两侧安装有喷头冷却组件，喷头冷却组件包括有向喷头鼓风的风机、安装在风机出风端的导风管。通过风机可对高温后喷头进行快速的降温，并通过导风管使得风量集中吹向喷头，并增加局部出口处的气流，提高降温效果。
附图说明
27.图1为本发明的结构示意图；
28.图2为本发明的左视结构示意图；
29.图3为本发明的图2中a处放大结构示意图；
30.图4为本发明的图2中b处放大结构示意图；
31.图5为本发明的喷头组件、废料去除回收组件和耗材安装转盘安装前视结构示意图；
32.图6为本发明的喷头组件、废料去除回收组件和耗材安装转盘安装结构示意图；
33.图7为本发明的喷头组件、废料去除回收组件和耗材安装转盘安装左视结构示意图；
34.图8为本发明的喷头组件、废料去除回收组件和耗材安装转盘安装侧视结构示意图；
35.图9为本发明的集料斗结构示意图；
36.图10为本发明的转盘结构示意图。
37.其中：
38.1、设备本体；11、载物板；
39.2、喷头组件；21、喷头；22、耗材穿入管；
40.3、废料去除回收组件；31、高频感应加热线圈；32、集料斗；321、第一步进电机；322、l杆；323、第一气缸；
41.4、耗材安装转盘；41、转盘；411、耗材穿孔；412、弧形槽；413、通槽；42、第二步进电机；43、橡胶转盘；431、驱动电机；432、第二气缸；
42.5、激光传感器；
43.6、喷头冷却组件；61、风机；62、导风管。
具体实施方式
44.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
45.实施例:
46.如图1-10所示，本发明提供一种人造心脏打印用3d打印设备，包括设备本体1、喷头组件2，喷头组件2包括有喷头21、与喷头21连接的耗材穿入管22；可将耗材穿入到耗材穿入管22的内部进行加热，加热到两百摄氏度左右后熔融，然后在载物板11上方进行建模。废
料去除回收组件3，废料去除回收组件3包括套设在喷头21下端的高频感应加热线圈31、设置在喷头21的一侧可上下伸缩且可水平方向转动的集料斗32；集料时：集料斗32下移至喷头21最下端，且转动至喷头21正下方；此时高频感应加热线圈31通电对喷头21局部加热(如图4所示)，使得喷头21底部粘附的残料加热后形成液态掉落到集料斗32处，进行残料的回收。收起时：所示集料斗32转动远离喷头21，且向上收缩；当残料处理完毕后，此时集料斗32转动一百八十度，并沿着铅锤线的方向上下移动，将集料斗32向上提升避免在建模时集料斗32下方与模具干涉(如图7所示)。耗材安装转盘4，耗材安装转盘4设置在耗材穿入管22的一侧，耗材安装转盘4包括可定频转动的转盘41，转盘41环形阵列有多个径向开设的耗材穿孔411，且每个耗材穿孔411与耗材穿入管22同轴设定，转盘41外壁开设有与耗材穿孔411贯通的通槽413，耗材安装转盘4还包括有可向通槽413移动，且可转动的橡胶转盘43。耗材穿孔411开设有三个，且每个内部安插有三种颜色不同的耗材，转盘41每转动一次可使得一种颜色的耗材置于耗材穿入管22的正上方，随后通过橡胶转盘43向通槽413的方向靠近，橡胶转盘43的外壁通过通槽413与耗材接触，并在橡胶转盘43顺时针转动下，使得耗材在旋转作用力下向耗材穿入管22的方向安插，进而完成自动安装，同时，在换料时，橡胶转盘43撤回，转盘41下表面与耗材穿入管22上端贴合，此时在转盘41转动时，转盘41与耗材穿入管22形成一个剪刀结构，将该耗材剪断。
47.优选的，废料去除回收组件3还包括有设置在喷头21一侧且可铅垂线方向伸缩的第一步进电机321，第一步进电机321的输出轴端与集料斗32之间安装有l杆322。废料去除回收组件3还包括有设置在第一步进电机321上端的有第一气缸323。通过第一步进电机321可进行定频转动，使得集料斗32可进行一百八十度的转动，并通过第一气缸323的活塞杆与第一步进电机321的固定安装，可带动第一步进电机321以及集料斗32进行铅垂线方向的上下移动(如图9所示)。
48.优选的，耗材安装转盘4还包括有设置在喷头组件2一侧且与转盘41底部轴心固定安装的第二步进电机42，橡胶转盘43包括有水平方向固定安装的驱动电机431。耗材安装转盘4还包括有水平方向伸缩且活塞杆与驱动电机431连接的第二气缸432。转盘41外侧开设有多个弧形槽412，通槽413与弧形槽412内侧开设的与耗材穿孔411互通，橡胶转盘43与弧形槽412适配，且与转盘41轴向垂直设定。通过转盘41底部轴心固定安装的第二步进电机42，可对根据转盘41开设的耗材穿孔411数量进行转动角度的设定，进而使得转盘41每转动一次都能使得下一个耗材与耗材穿入管22的上端对齐，通过第二气缸432带动驱动电机431以及橡胶转盘43向通槽413的方向移动，使得橡胶转盘43与弧形槽412对应后，并在橡胶转盘43的转动下，拨动耗材向耗材穿入管22的方向安装。
49.优选的，喷头21的一侧安装有激光传感器5，在对喷头21与载物板11之间进行调校时，通过激光传感器5，利用激光技术进行测量，使得喷头21的最下端与载物板11四角之间进行调距，无需通过垫板的方式进行四角的进行调整。
50.优选的，喷头21的两侧安装有喷头冷却组件6，喷头冷却组件6包括有向喷头21鼓风的风机61、安装在风机61出风端的导风管62。通过风机61可对高温后喷头21进行快速的降温，并通过导风管62使得风量集中吹向喷头21，并增加局部出口处的气流，提高降温效果。
51.优选的，转盘41径向开设有至少两个耗材穿孔411，且转盘41为顺逆时针往复式转
动。转盘41径向开设有三个耗材穿孔411，可安插有三种不同颜色的耗材，并通过转盘41顺逆时针往复式转动结构设定，防止朝一个方向转动出现多种耗材打结的现象。
52.本发明在使用时，在调节喷头21下端与载物板11之间的距离时，通过设置的激光传感器5，当喷头21的下端到达设定的距离后，喷头21向下一个边角移动，若下一个边角处出现大于或小于设定值时，此时喷头21停止移动，然后通过调节载物板11底部的调节件(现有已公知的技术，本案不做赘述)进行调节，依次对四角调节完成后，将三种不同颜色的耗材分别插入到对应的耗材穿孔411的内部，并使得最下端不超过转盘41的底部，随后将第一种耗材置于耗材穿入管22的正上方，随后第二气缸432工作并带动驱动电机431与橡胶转盘43向弧形槽412的方向移动，并使得橡胶转盘43外壁与通槽413侧的耗材相抵，随后橡胶转盘43顺时针转动，在转动作用以及挤压作用力下，波动该耗材向耗材穿入管22的内部插入，随后通过喷头组件2内部的传动机构(现有已公知技术)，使得该耗材缓慢的供料，随后第二气缸432收缩，将驱动电机431以及橡胶转盘43撤回。
53.在打印过程中需要对耗材的颜色进行更换时，第二步进电机42带动转盘41转动，转盘41与耗材穿入管22形成一个剪刀结构，将该耗材剪断，随后使得下一个耗材转动至耗材穿入管22的上方，与此同时，第一气缸323带动第一步进电机321以及集料斗32向下移动，并使得集料斗32的上方置于喷头21的下方，随后第一步进电机321带动集料斗32转动一百八十度，置于喷头21的正下方，重复上述动作使得橡胶转盘43向通槽413靠近，将该侧的耗材拨动到耗材穿入管22的内部，并在穿入的过程中高频感应加热线圈31通电对喷头21局部加热，使得喷头21底部粘附的残料加热后形成液态掉落到集料斗32处，进行残料的回收，直至新的颜色被挤出，当残料处理完毕后，此时集料斗32转动一百八十度，并沿着铅锤线的方向上下移动，将集料斗32向上提升避免在建模时集料斗32下方与模具干涉。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。