[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

摘要

本发明涉及一种基于3D打印综合成形的再生骨支架成形系统和方法。本发明采用电纺丝技术和冷冻干燥技术相结合，建立再生骨支架的3D打印综合成形工艺方法，并在此基础给出了能够实现电纺丝成形与可建模结构的3D打印成形过程的数控系统集成方法，最后给出具体的系统实现方法与操作步骤。建立的3D打印综合成形系统的数据处理方法包括采用平行往复扫描路径方法完成支架每层的填充搭接，对相邻纤维通过“过渡线”方法进行判别并进行曲线拟合，实现复杂轮廓边界成形，并经过特定的后置处理实现电纺丝成形与可建模结构的3D打印成形过程的自动集成管理，是实现再生骨支架的多尺度成形的技术关键，具有明显特色。

主权项

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）。