[实用新型]一种打印喷头的光固化装置和3D生物打印喷头

说明书

本实用新型涉及一种打印喷头的光固化装置和3D生物打印喷头。所述打印喷头的光固化装置包括内环侧壁、外环侧壁、光源背板和光源，所述内环侧壁围合形成通孔，所述外环侧壁套设在所述内环侧壁的外侧；所述光源背板呈环状，具有通孔，所述光源背板固定在由所述内环侧壁和所述外环侧壁的限定的空间的顶部；所述光源设置在由由所述内环侧壁、外环侧壁和光源背板限定的空间中。本实用新型实施例提出的打印喷头的光固化装置和3D生物打印喷头能够将打印喷头与光源整合，以在进行光敏材料打印的过程中同步进行光照，使得光敏材料在挤出的短时间内交联，形成凝胶态，能够保证结构的力学性能和尺寸精度，实现高精度的光敏材料打印效果。

技术领域

本实用新型属于3D生物打印技术领域，具体涉及一种打印喷头的光固化装置和3D生物打印喷头。

背景技术

3D生物打印机能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品。3D生物打印机可以包括多个打印喷头，在打印喷头内部放置有注射器，注射器中容置有生物墨水，注射器通过针头将生物墨水挤出在打印平台上，使得打印喷头可以打印出人体细胞和/或生物材料，3D生物打印机通过控制打印喷头的运动进行打印。

其中，用于打印的生物材料主要为水凝胶类材料，为人体细胞提供力学支撑。在将生物材料打印形成3D结构的过程中，伴随着生物材料的凝胶或交联来进行固化，对于不同的生物材料，固化的方式有所不同。光敏材料是一种常用的3D打印生物材料，光敏材料在挤出时呈现类似液态的溶胶态，随后经过光照，由溶胶态变为凝胶态，力学性能随之提高，形成三维结构。

通常，3D生物打印机打印光敏材料需要协同控制，首先，打印喷头将生物墨水在打印平台上挤出一层或多层后，中断打印，从所打印的结构体上方移开；随后，外部光源移动到所打印的结构体上方进行光照，使得材料发生交联固化，并在光照后从所打印的结构体上方移开；接着，打印喷头返回到之前的打印中断点，继续进行打印。如此反复，直至三维结构打印完成。

上述3D生物打印机对于光敏材料的打印存在如下缺陷。首先，无法实时进行材料的交联，导致打印平台上的结构体在光照之前呈现溶胶态，结构极易松散，无法实现设计的模型尺寸；其次，打印过程需要反复中断，导致打印喷头无法精确复位，降低了结构体的打印精度；再有，注射器针头往往是上半部分透明，上半部分里的材料会因为外部光源的照射而在针头内部发生固化，从而堵塞材料的挤出通路，造成打印失败。

实用新型内容

为了解决上述打印光敏材料的过程中打印与光照不同步的技术问题，本实用新型提出了一种打印喷头的光固化装置和3D生物打印喷头。

根据本实用新型的第一方面，提供一种打印喷头的光固化装置，所述光固化装置包括内环侧壁、外环侧壁、光源背板和光源，

所述内环侧壁围合形成通孔，所述外环侧壁套设在所述内环侧壁的外侧；

所述光源背板呈环状，具有通孔，所述光源背板固定在由所述内环侧壁和所述外环侧壁的限定的空间的顶部；

所述光源设置在由所述内环侧壁、外环侧壁和光源背板限定的空间中。

在某些实施例中，所述内环侧壁的顶端与光源背板的通孔的形状及尺寸相匹配，所述外环侧壁的顶端与光源背板的外缘的形状及尺寸相匹配，所述光源背板连接在所述内环侧壁的顶端与外环侧壁的顶端之间。

在某些实施例中，所述光固化装置还包括均光片，所述均光片呈环状，具有通孔，固定在由内环侧壁和外环侧壁的限定的空间的底部。

在某些实施例中，所述内环侧壁的顶端与光源背板的通孔的形状及尺寸相匹配，所述内环侧壁的底端与所述均光片的通孔的形状及尺寸相匹配，所述内环侧壁连接在光源背板的通孔与均光片的通孔之间；所述外环侧壁的顶端与光源背板的外缘的形状及尺寸相匹配，所述外环侧壁的底端与所述均光片的外缘的形状及尺寸相匹配，所述外环侧壁连接在光源背板的外缘与均光片的外缘之间。