[发明专利]基于3D打印综合成形的再生骨支架成形系统与方法

权利要求书

1.一种基于3D打印综合成形的再生骨支架成形系统，包括机械部分和控制部分，其特征在于：

1）所述机械部分为一个再生骨支架3D打印成形装置，该3D打印成形装置中的一个供料电机（19）结合供气泵（20）作为供料的动力单元与一个3D打印成形喷头（5）相连；一根电加热丝（17）为了保持喷头内的温度，均匀地缠绕在3D打印成形喷头（5）的外部；为了实现3D成形喷头（5）的上下运动，3D打印成形喷头（5）通过连接件固定在一根Z轴丝杠（24）上，一个Z轴电机（23）作为动力单元带动Z轴丝杠（24）运动，实现成形喷头（5）的上下运动，3D打印成形喷头（5）、电加热丝（17）、供料电机（19）、供气泵（20）、Z轴电机（23）、Z轴丝杠（24）共同构成了再生骨支架3D打印成形装置的供料部分，为骨支架成形提供成形材料；

该3D打印成形装置中的一个步进电机（21）作为动力单元与一个十字滑台（22）相连，实现十字滑台（22）的联动；接收平台（8）固定在十字滑台（22）上接收3D打印成形喷头（5）的供料；为了实现接收平台（8）从接收支架材料的工位A到接收电纺丝的工位B的切换，一个旋转电机（25）固定在接收平台（8）的下方，通过旋转电机（25）的旋转达到切换工位的目的；

为了制备电纺丝，该3D打印成形装置中的一个高压直流电源（4）的一端与一个电纺丝喷头（1）相连，另一端与接收平台（8）相连，通过一个上位机PC（12）控制一个驱动电路（18）调节所述高压直流电源（4）形成一个高压电场，从而制备电纺丝；为了形成低温成形环境，一个压缩机（16）和一个成形室（7）相连，所述3D打印成形装置放入成形室（7）进行骨支架的制备和电纺丝的收集。

2）所述控制部分包括检测模块（Ⅰ）和控制器模块（Ⅱ），检测模块（Ⅰ）包括一个高速CCD（9）、一个压力传感器（10）和六个限位开关（11），其中高速CCD（9）与控制器模块（Ⅱ）中的上位机PC（12）相连，用于实时监测制备电纺丝时泰勒锥的状态；压力传感器（10）与3D打印成形喷头（5）相连，用于监测喷头内的压力；限位开关（11）固定在十字滑台（22）和滚珠丝杠（24）的行程极限位置，用作寻找坐标原点和保护机械结构的作用；控制器模块（Ⅱ）包括所述上位机PC（12）、一个运动控制卡（13）、一个温控器（14）和一个运动控制单元（15），其中上位机PC（12）作为人机界面与温控器（14）和运动控制卡（13）相连，实时监控它们的状态；运动控制卡（13）作为控制核心与运动单元（15）、压力传感器（10）和限位开关（11）相连，控制它们进行动作；温控器（14）作为温度控制的核心与所述压缩机（16）和电加热丝（17）相连，进行温度控制。

工作原理：3D打印成形喷头（5）在压力的作用下和十字滑台（22）及Z轴丝杠（24）协同作用，完成骨支架的制备；在需要复合电纺丝工艺的时候，接收平台（8）会由工位A移动到工位B来接收电纺丝，此时电纺丝喷头（1）协同高压直流电源（4）共同作用，从而在骨支架上形成一层纳米级纤维网，最终成形一款复合电纺丝的再生骨支架（6）。

2.一种基于3D打印综合成形的再生骨支架成形方法，采用根据权利要求1所述的基于3D打印综合成形系统进行骨支架制备，其特征在于：骨支架3D打印综合成形的制备工艺为：接收平台处于工位A位置，在压强P的作用下3D打印成形喷头（5）连续挤出支架宏观结构的一层材料，同时接收平台（8）按照预定的轨迹进行可控运动，经过压力场和温度场的共同作用一段时间后，高分子溶液材料会快速地干燥而固化；然后，接收平台（8）移动到工位B位置，在压力F和静电场力的共同作用下，电纺丝喷头（1）喷射出纳米级的纤维丝，形成一层纳米级纤维网；接收平台（8）在两个工位之间往返运动，两个喷头（1、5）交替涂覆材料，制造出外形轮廓可控、宏观孔隙可控、力学性能良好，并且内部具有能有效模拟细胞外基质环境的纳米纤维网结构的再生骨支架；最后对支架进行交联并冷冻干燥，宏观支架结构表面由于水分的蒸发，会明显获得微纳米级尺度的形貌特征，从而进一步帮助细胞在支架上的攀附与生长。