[发明专利]多喷头打印系统

说明书

多喷头打印系统，包括挤出式的喷头组件，三轴向平移机构和载物台，喷头组件具有各自的喷嘴、储料桶和温控模块；三轴向平移机构包括X轴向平移单元、Y轴向平移单元和Z轴向平移单元，喷头组件安装于Z轴向平移单元；喷头组件有多个，每个喷头组件有各自的喷头支架，喷头支架具有与Z轴向平移单元相连的固定部和与喷头组件相连的安装部；固定部和安装部呈倾角，喷头组件倾斜设置。本发明的优点在于：本系统具有多个喷头组件能够协同或依次工作，打印模式灵活多变；对喷头组件的喷嘴尖端进行清洗、清洁，并保障在正式打印任务中物料的稳定输出；对工作器皿的外周式环绕温控和底部真空吸附装夹，有效保障成型活体结构的质量，提高活体组织的成活率。

技术领域

本发明涉及组织工程中的生物3D打印技术领域，特别涉及一种高精度生物打印设备的多喷头打印系统结构与方法。

背景技术

全世界每年都有极其庞大数量的人员遭受各种类型的伤害导致组织缺损，或者发生一些重大疾病从而需要进行器官移植，产生巨大的组织器官修复需求。对于人体受损大块软组织及内脏器官的治疗，组织器官移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺、免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为解决上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者制备的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内，替换原有病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就组织工程良好发展前景的有效例证。

近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印、细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势。而在一个典型的生物打印设备中，最为关键的部分就是成形喷头系统。

为了满足大尺寸复杂组织器官的制造需求，特别对于肝脏等具有明显单元性结构的组织器官，往往需要多种材料复合使用。再比如打印皮肤时候需要打印血管等组织，用单一喷头的话会有一个较长时间的更换喷头的过程，这样会影响效率，而且还有可能刚刚这边换好喷头了那边的水凝胶就固化了，如果采用同一个喷头多个输液通道的话，又会导致喷头处材料混合的问题；且无法同时打印，效率更低。

市场上的单喷头以envisionTec为例，每次换材料都要移动喷头到新的喷头处，然后采用真空吸附的方式换刀，存在时间长、定位精度无法保证的问题。此外，如果打印类似肝细胞的离散六边形形状时，6块之间有空隙，会有较长时间的走线；这样严重限制了打印复杂器官的能力，打印时间过长，效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多喷头协作工作，提高复杂器官打印能力和效率的多喷头打印系统。

生物3D打印系统，包括挤出式的喷头组件和载物台，喷头组件具有各自的喷嘴、储料桶和温控模块；驱动喷头组件沿三轴向(X轴、Y轴和Z轴)平移的三轴向平移机构，三轴向平移机构包括X轴向平移单元、Y轴向平移单元和Z轴向平移单元，喷头组件安装于Z轴向平移单元。喷头可以在XOY平面的任意一点移动，并沿Z轴向升降；喷头组件具有独立的储料、挤出和打印功能；载物台是承接喷头组件挤出的物料。温控模块保持储料桶内的温度，使物料保持在打印时需要的温度。

多喷头打印系统

作为优选的方案，喷头组件有多个，每个喷头组件有各自的喷头支架，喷头支架具有与Z轴向平移单元相连的固定部和与喷头组件相连的安装部；固定部和安装部呈倾角，喷头组件倾斜设置。喷头组件的倾斜指的是与Z轴交叉呈夹角，喷嘴斜向下设置，避免储料桶之间发生运动干涉，使多个喷头组件能够同时协同工作。