CN204734579U - 一种用于3d血管打印的制造平台系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公布了一种用于3D生物血管打印的制造平台系统，旨在解决目前3D血管打印缺乏相应的打印系统平台的问题。该平台以直线电机和旋转电机作为其动力系统，构建五轴运动系统。在X轴上加入双动子，驱动两个Z轴运动，并在Z轴上安装打印喷头，通过Z轴带动打印喷头在空间上下运动。在Y轴上添加一个旋转轴C轴，作为血管打印承载平台。在实际打印中，双Z轴带动两个打印喷头在空间上相对旋转轴C轴运动，配合旋转轴进行多喷头打印，提高了打印的精度，满足了血管的3D打印需求。

Description

一种用于3D血管打印的制造平台系统

技术领域

    本实用新型专利涉及一种制造平台系统，具体为一种用于3D生物血管打印的多维运动制造平台系统。

背景技术

    近年来，器官移植技术得到了飞越式发展，但同时也面临着器官来源不足等问题。因此目前很多研究都在寻找替代活体器官的新技术，而3D生物打印技术是当前发展的主要趋势。

    血管类疾病是当前人类疾病的重要问题之一，对人体身体健康构成重大的危险。报告显示2012年我国心血管病现患人数已达2.9亿，每年约有350万人死于心血管疾病，占总死亡原因的41%，居各种疾病之首。目前常用解决血管类疾病的方法是进行血管的置换和移植，由于缺乏活体血管，一般采用人工生物材料血管做替换，它存在的问题是人体排异性和细菌感染。因此，研究制造用病人活体细胞制造血管的3D打印技术，开发相应的打印设备对人类具有非常重要的意义。

    目前还未有用于3D血管打印的制造平台系统，主要的平台系统还是普通的三维运动平台，一般采用普通伺服电机设计，其在精度和设计要求上都无法满足针对血管的3D打印需求。由于血管其自有特点，它需要特殊的支撑结构，需要两种或多种生物墨汁进行快速打印，以提高打印效率和打印血管的成活率。开发这样的系统，对活体血管的制造及后期的血管移植具有极为重要的意义。

发明内容

    本实用新型专利提供了一种用于3D生物血管打印的多维运动制造平台系统，该平台以直线电机和旋转电机作为其动力系统，构建五轴运动系统。在X轴上加入两个动子，驱动两个Z轴运动，并在两个Z轴上安装打印喷头，通过Z轴带动打印喷头在空间上下运动。同时，在Y轴上添加一个旋转轴C轴，作为血管打印承载平台。在实际打印中，Z轴带动打印喷头在空间上相对旋转轴C轴运动，进行3D生物血管打印，满足打印3D血管的需求。

    本实用新型专利为了满足以上目的，提供了一种如下技术方案:一种用于3D血管打印的制造平台，包括机架、X轴运动机构、Y轴运动机构、第一Z轴运动机构、第二Z轴运动机构、C轴旋转运动机构、第一打印喷头和第二打印喷头；所述的X轴运动机构位于机架的支撑平台上方，Z轴运动机构以垂直水平面方向竖直安装在X轴运动机构上，Y轴运动机构垂直于X轴方向安装在机架的支撑平台上，C轴旋转运动机构位于Z轴运动机构下方，且与X轴运动机构平行，所述的第一打印喷头和第二打印喷头分别固定安装在第一Z轴运动机构和第二Z轴运动机构上，X轴运动机构和第一、第二Z轴运动机构分别带动第一、第二打印喷头做X轴和Z轴运动；C轴旋转运动机构位于Y轴运动机构的滑动板上，能够随Y轴运动机构在Y轴方向上运动， C轴旋转运动机构为平行排列式或竖直排列式，可实现流水线式作业或者通过两个打印喷头进行分别打印。

    进一步地X轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、连接板组成，其中直线电机的类型为平板式或U型直线电机，直线电机动子为1个或多个，与Z轴运动机构结合，可形成1个或多个Z轴；X轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、读数头四者处于平行安装在机架支撑平台上，通过连接板将四者相对固定在一起，光栅安装在机架上。

    Y轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、滑动板组成，其中直线电机类型为平板式或U型直线电机，Y轴运动直线电机的动子由1个或多个组成，以形成更为复杂的运动；Y轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、读数头四者处于平行安装在机架的支撑平台上，通过滑动板连接相对固定在一起；Y轴电机与支持平台的安装上有两种方式，一种方式是直线电机的磁性定子固定在支撑平台上，直线电机动子与滑动板连接，由电机动子带动滑动板相对机架做Y轴运动；另一种方式是直线电机的动子固定在机架的支撑平台上，直线电机定子相对支撑平台在Y轴方向滑动，滑动板由电机定子带动移动。

    第一Z轴运动机构和第二Z轴机构都由伺服电机、丝杠、滑块和移动平台构成；其中，第一Z轴运动机构固定在X轴运动机构的第一个动子上，第二Z轴运动机固定在X轴运动机构的第二动子上，伺服电机带动丝杠转动，丝杠带动滑块在Z轴方向移动，同时滑块带动移动平台运动，打印喷头安装固定在移动平台上，跟随移动平台一起在Z轴方向上运动。

    机架上的支撑平台材质为大理石、不锈钢、铸铁或塑料。机架整体结构为龙门式结构，让Y轴与X轴、Z轴分离，Y轴只带动C轴旋转运动机构运动；机架为框式结构，Y轴带动X轴和Z轴运动，C轴旋转运动机构固定在支撑平台上。

C轴旋转运动机构为竖直排列式，通过调整两个喷头在Y轴方向的相对距离，可同时对两个C轴旋转运动机构进行分别打印。

    在实际打印过程中，C轴旋转运动机构由Y轴运动机构带动移动到打印喷头下方，在打印一次完毕后，Y轴运动机构带动C轴旋转运动机构前进；如安装有多个C轴旋转运动机构，则让下一个C轴旋转运动机构移动到喷头下方继续相关打印，已打印完成的C轴旋转运动机构可进行后续相关打印处理。

    在本实用新型专利中，采用了双喷头机构和C轴旋转运动机构的设计，在实际血管打印过程中具有如下的优点：

1.双喷头设计，能够同时进行多种材料的相互打印，满足了血管打印中对不同墨汁需要同时打印的需求；

2.将直线电机设计在X轴和Y轴上，相对于传统的旋转机构，精度和寿命具有较大的提高；

3.C轴旋转运动机构作为血管支架，可确保打印血管的位置精度及长度正确；

4.C轴旋转运动机构的设计和双喷头的设计能够加快血管打印的速度，满足实际生物打印过程中对打印速度的需求。

附图说明

        图1：龙门式制造平台整体结构示意图

        图2：C轴旋转运动机构竖直排布方式示意图

    其中：1是机架，2是X轴运动机构，3是第一Z轴运动机构，4是第二Z轴运动机构，5是第一打印喷头，6是第二打印喷头，7是Y轴运动机构，8是C轴旋转运动机构，9是机架的支撑平台，10是第一个C轴旋转运动机构，11是第二个C轴旋转运动机构，12是第三个C轴旋转运动机构。

具体实施方式

    为进一步阐述本实用新型专利的可行性、实用性以及操作简便型，本实用新型专利将结合示意图对实用新型专利进行详细的描述。

    参考图1，本实用新型专利提供了一种用于3D血管打印的多维运动制造平台系统，其主要包括X轴运动机构2、Y轴运动机构7和第一Z轴运动机构3，第二Z轴运动机构4，C轴旋转运动机构8及其相应的机架1，第一打印喷头5和第二打印喷头6。所述的X轴运动机构水平位于机架1的支撑平台上，两个Z轴运动机构以垂直水平面方向竖直安装在X轴运动机构上，Y轴运动机构安装在水平面下方垂直于X轴运动方向机架的支撑平台上，C轴旋转运动机构位于Z轴运动机构的下方，与X轴运动机构平行，安装在Y轴运动机构的运动平台上，所述的第一打印喷头5和第二打印喷头6分别安装在第一Z轴运动机构3和第二Z轴运动机构4上。

    在本实用新型专利中，X轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、连接板组成，其中直线电机类型可以为平板式、U型直线电机，X轴运动机构的直线电机动子可以由1个、2个或多个组成；X轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、光栅读数头四者处于平行安装在支撑平台上，通过连接板相对固定在一起。

    在本实用新型专利中，Y轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、滑动板组成，其中直线电机类型可以为平板式、U型直线电机，Y轴运动机构的直线电机的动子可以由1个、2个或多个组成；Y轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、光栅读数头四者处于平行安装在支撑平台上。Y轴运动机构的直线电机与支持平台的安装上有两种方式，一种方式是直线电机的磁性定子固定在支撑平台上，直线电机动子与滑动板连接，由电机动子带动滑动板运动；另一种方式是直线电机的动子固定在支撑平台上，直线电机定子相对动子滑动，滑动板由磁性定子带动移动。

    本实用新型专利中，第一Z轴运动机构和第二Z轴运动机构都由伺服电机、丝杠、滑块和移动平台构成。其中，第一Z轴运动机构固定在X轴运动机构1上，第二Z轴运动机构固定在X轴运动机构2上，伺服电机带动丝杠转动，丝杠带动滑块在Z轴方向移动，同时滑块带动移动平台运动，打印喷头固定在移动平台上。

     C轴旋转运动机构位于Y轴运动机构的滑动板上，由Y轴运动机构带动在Y轴方向上运动，与X轴、Z轴配合，形成空间相对运动。C轴旋运动机构数量根据实际需求而定，竖直排成一列安装在滑动板上，如附图2所示，其中10、11、12为排成一列的C轴旋转运动机构。

    本实用新型专利中，机架的支撑平台可以为大理石，不锈钢或铸铁、塑料，机架整体结构可以为龙门式结构，让Y轴与X轴、Z轴分离，Y轴只带动C轴旋转运动机构运动；也可以为框式结构，Y轴带动X轴和Z轴运动，C轴旋转运动机构固定在支撑平台上。喷头的运动也可以用机器人带动在C轴旋转运动机构上运动实现3D打印。

    在龙门结构的实际打印过程中，C轴旋转运动机构由Y轴运动机构带动移动到打印喷头下方，C轴旋转，同时喷头在X,Z，Y轴的驱动下，把打印材料均匀打印在C轴旋转杆上。在一次打印完毕后，Y轴运动机构带动C轴旋转运动机构前进，让下一个C轴旋转运动机构移动到喷头下方继续打印一新的血管。在框架结构中，C轴旋转运动机构固定在支撑平台上，喷头由xyz三轴带动移动到C轴旋转轴上方进行相关打印。

    本实用新型专利并不局限于上诉实施方式，本实用新型专利的精髓是把生物材料打印在C轴支架上，喷头的运动也可以由其它方式实现，如机器人。如果对本实用新型专利的各种改动和变型不脱离本实用新型专利的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型专利的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型专利也包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.一种用于3D血管打印的制造平台，其特征在于，包括机架、X轴运动机构、Y轴运动机构、第一Z轴运动机构、第二Z轴运动机构、C轴旋转运动机构、第一打印喷头和第二打印喷头；所述的X轴运动机构位于机架的支撑平台上方，第一、第二Z轴运动机构以垂直水平面方向竖直安装在X轴运动机构上，Y轴运动机构垂直于X轴方向安装在机架的支撑平台上，C轴旋转运动机构位于Z轴运动机构下方，且与X轴运动机构平行，所述的第一打印喷头和第二打印喷头分别固定安装在第一Z轴运动机构和第二Z轴运动机构上，X轴运动机构和第一、第二Z轴运动机构分别带动第一、第二打印喷头做X轴和Z轴运动；第一、第二Z轴运动机构交替协同运动以成型血管；C轴旋转运动机构位于Y轴运动机构的滑动板上，能够随Y轴运动机构在Y方向上运动， C轴旋转运动机构为多个平行排列式，可实现流水线式作业。

2.根据权利要求1所述的制造平台，其特征在于，X轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、连接板组成，其中直线电机的类型为平板式或U型直线电机，直线电机动子为1个或多个，与Z轴运动机构结合，可形成1个或多个Z轴；X轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、读数头四者处于平行安装在机架的支撑平台上，通过连接板将四者相对固定在一起，光栅安装在支撑平台上。

3.根据权利要求1所述的制造平台，其特征在于，Y轴运动机构由直线电机、拖链、导轨、光栅、读数头、滑动板组成，其中直线电机类型为平板式或U型直线电机，Y轴运动直线电机的动子由1个或多个组成，以形成更为复杂的运动；Y轴运动机构的直线电机、拖链、导轨、读数头四者处于平行安装在机架的支撑平台上，通过滑动板连接相对固定在一起；Y轴电机与支撑平台的安装有两种方式，一种方式是直线电机的磁性定子固定在支撑平台上，直线电机动子与滑动板连接，由电机动子带动滑动板相对支撑平台做Y轴运动；另一种方式是直线电机的动子固定在支撑平台上，直线电机的磁性定子相对支撑平台在Y轴方向滑动，滑动板由电机磁性定子带动移动。

4.根据权利要求1所述的制造平台，其特征在于，第一Z轴运动机构和第二Z轴机构都由伺服电机、丝杠、滑块和移动平台构成；其中，第一Z轴运动机构固定在第一X轴运动机构上，第二Z轴运动机固定在第二X轴运动机构上，伺服电机带动丝杠转动，丝杠带动滑块在Z轴方向移动，同时滑块带动移动平台运动，打印喷头安装固定在移动平台上，跟随移动平台一起在Z轴方向上运动。

5.根据权利要求1所述的制造平台，其特征在于，机架上的支撑平台的材质为大理石、不锈钢、铸铁或塑料，机架整体结构为龙门式，Y轴运动机构与X轴运动机构和Z轴运动机构分离，Y轴运动机构仅带动C轴旋转运动机构运动，机架为框式结构，Y轴带动X轴和Z轴运动，C轴旋转运动机构固定在支撑平台上。

6.根据权利要求1所述的制造平台，其特征在于，C轴旋转运动机构为竖直排列式，通过两个打印喷头进行分别打印。