[发明专利]一种并联机械臂3D打印软骨修复装置及方法

说明书

本发明公开了一种并联机械臂3D打印软骨修复装置及方法，其特征在于，包括并联机械臂、聚焦镜、固化光源、一分三光纤接口、光纤、电机、玻璃容器以及固定架；所述一分三光纤接口将固化光源发出的光分成三组，固化光通过聚焦镜聚焦在玻璃容器的挤出口，并联机械臂控制挤出口位置，电机对推压端施加压力，挤出打印原材料，原材料在固化光的照射下凝固，实现3D打印软骨修复。本发明采用数字化精确控制并联机械臂进行3D打印的方式，可以直接在软骨损坏的原位置软骨修复，并在并联机械臂的精确控制下保证打印精度，达到了原位高精度修复组织的目的。

技术领域

本发明属于増材制造技术领域，具体涉及一种并联机械臂3D打印软骨修复装置及方法。

背景技术

传统软骨修复技术有骨髓刺激术和马赛克成形术，骨髓刺激术通过对软骨下骨的钻孔、磨蚀或微骨折来刺激软骨愈合，马赛克成形术通过挖取非运动关节软骨填充软骨损伤处，达到软骨愈合的目的。传统软骨修复技术是一种破坏性的方式达到软骨修复的目的，对人体有一定的损伤。

新型软骨修复技术为组织工程技术，将接种有软骨细胞的生物材料添加到软骨损伤处，直接植入。现有技术主要是基于手持式3D打印设备的软骨修复方式，其主要过程是临床医生通过手持生物枪直接在软骨破损处添加修复材料以达到治疗目的。但这种通过医生手持生物枪的方法无法保证修复精度要求，且仅能打印修复简单形状的软骨缺损，无法满足人体内环境复杂的情况。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种并联机械臂3D打印软骨修复装置及方法，通过数字化手段精确控制并联机械臂以达到精准修复软骨组织的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种并联机械臂3D打印软骨修复装置，包括并联机械臂、聚焦镜、固化光源、一分三光纤接口、光纤、电机、玻璃容器以及固定架；

所述聚焦镜通过U形卡槽卡在固定夹内部，所述聚焦镜与光纤通过螺纹连接，所述光纤与固化光源通过螺纹连接，所述一分三光纤接口与光纤通过螺纹连接，所述固化光源与并联机械臂顶部通过螺栓连接，所述电机与固定架通过螺栓连接，所述固定架与并联机械臂通过螺栓连接；

所述玻璃容器用于保存打印原材料，充当打印喷头，设在固定架内部，包括推压端与挤出口，所述推压端与电机连接；

所述一分三光纤接口将固化光源发出的光分成三组，固化光通过聚焦镜聚焦在玻璃容器的挤出口，并联机械臂控制挤出口位置，电机对推压端施加压力，挤出打印原材料，原材料在固化光的照射下凝固。

进一步的，所述固化光源具体为蓝光源。

进一步的，所述一分三光纤具体将蓝光以120°间隔平均分为三组，并分别通过光纤传入聚焦镜，聚焦镜将蓝光聚焦并从3个方向分别成120°射出照射在所述玻璃容器的挤出口。

进一步的，所述电机具体为贯通电机。

进一步的，所述玻璃容器采用可更换注射器，所述注射器推杆由贯通电机螺杆代替，并且注射器推压端直接连接贯通电机。

进一步的，所述并联机械臂具体为采用步进电机与同步带传送动力，所述步进电机数量为3个。

本发明还包括基于提供的并联机械臂3D打印软骨修复装置的软骨修复方法，包括以下步骤：

使用医学成像设备扫描损坏部分组织得到CT/MRI扫描数据，将得到的扫描数据通过医学三维模型重建软件生成组织损坏部位的物理三维模型，并建出待修复部分模型，切片软件根据不同状况生成相应的打印程序；

将装满修复原材料的注射器通过U形卡槽装到固定架上，并控制贯通电机转动，使贯通电机螺杆接触注射器的推压端；