(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(10)申请公布号 CN 103737931 A
(43)申请公布日 2014.04.23
(21)申请号 CN201410003773.5
(22)申请日 2014.01.06
(71)申请人 上海大学
    地址 200444 上海市宝山区上大路99号
(72)发明人 刘媛媛 向科 李瑜 张付华 江郑龙 胡庆夕
(74)专利代理机构 上海上大专利事务所(普通合伙)
    代理人 何文欣
(51)Int.CI
     
                                                                  权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
      基于数控铣床的生物3D打印试验平台
(57)摘要
      本发明涉及基于数控铣床的生物3D打印试验平台。包括数控铣床、活塞挤出供料装置、专用连接件，其中专用连接件与数控铣床的锥柄以螺纹形式连接，可以充分利用数控铣床的CNC系统、高精度及高稳定性来制备理想轮廓的组织工程支架。该发明的生物3D打印试验平台，基于对数控铣床的改造，变传统的减式制造为3D打印增量制造，可以不受材料的限制，且精度高、成本低、拆装方便，可以实现组织工程支架的工业化生产，对组织损伤的修复具有重大的现实意义。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.基于数控铣床的生物3D打印试验平台，包括：一台数控铣床（Ⅰ），其特征在于：还有一台活塞挤出供料装置（Ⅱ）和一个专用连接件（Ⅲ），通过所述专用连接件（Ⅲ）把活塞挤出供料装置与数控铣床（Ⅰ）的锥柄以螺纹形式连接，从而得到一种生物3D打印试验平台，能够充分利用数控铣床（Ⅰ）的CNC系统，使活塞挤出供料装置（Ⅱ）通过数控铣床的编程精确地沿X/Y/Z三个方向走出形状复杂的路径，同时由单片机（29）控制活塞挤出供料装置（Ⅱ）而挤出生物材料沉积在接收台上，从而实现制备出理想的组织工程支架。       
2.如权利要求1所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述活塞挤出供料装置（Ⅱ）包括挤出供料模块（21）、供料控制器模块（22）和供料检测模块（23），所
述挤出供料模块（21）连接供料控制器模块（22）和供料检测模块（23），供料检测模块（23）连接供料控制器模块（22），形成控制环路系统。       
3.如权利要求1所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述专用连接件（Ⅲ），由一个内螺纹管状件（31）和一个支撑板（32）组成，所述内螺纹管状件（31）的一端通过4个螺栓与支撑板（32）的一端连接；内螺纹管状件（31）的另一端的螺纹孔与数控机床（Ⅰ）的锥柄螺纹端旋接，支撑板（32）的另一端与活塞挤出供料装置（Ⅱ）通过螺栓固定连接。       
4.如权利要求2所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述挤出供料模块（21）由推进机构（24）、喷头机构（25）和加热保温机构（26）组成，所述推进机构（24）联接传动喷头机构（24），加热保温机构对喷头机构（24）进行包裹保温。       
5.如权利要求4所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述推进机构（24）包括步进电机（1）、电机连接法兰（2）、联轴器（3）、前支撑板（4）、光杆连接推板（5）、丝杠螺母（6）、基板（7）、滚珠丝杠（8）、后支撑板（9）、轴承（10）、连接板（15）、连接螺母（18）、称重传感器（19）和螺母（20）；所述步进电机（1）安
装在电机连接法兰（2）上，步进电机（1）的输出轴通过一个联轴器（3）与一根滚珠丝杠（8）连接，与该滚珠丝杠（8）旋配的一个丝杠螺母（6），该丝杠螺母（6）与光杆连接推板（5）连接；所述光杆连接推板（5）通过螺母（20）与称重传感器（19）连接；所述连接螺母（18）用于称重传感器（19）与一根活塞轴（17）相连接；所述电机（1）通过连接法兰（2）固定在基板（7）上；所述滚珠丝杠（8）两端分别通过轴承（10）支承于前支撑板（4）和后支撑板（9）上；所述连接板（15）固定在基板（7）上，活塞轴（17）为喷头机构（25）中一个金属注射器（16）的注射推杆。       
6. 如权利要求5所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述喷头机构（25）和加热保温机构（26）包括金属注射器（16）、温控器的热电偶（11）、电加热棒（12）、全钢喷嘴（13）和加热罩（14）；所述金属注射器（16）固定在连接板（15）上，全钢喷嘴（13）与金属注射器（16）出料口连接；所述加热罩（14）套在金属注射器（16）外面，并固定于连接板（15）上；所述温控器的热电偶（11）和电加热棒（12）固定在加热罩（14）上。       
7.如权利要求5所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述供料控制模
块（22）包括PC机（27）、PLC（28）和单片机（29），PLC（28）连接称重传感器（19）和2个限位开关（30），用于实时采集拉压力信号和限位开关信号，通过以太网与PC机（27）上的iFIX组态软件通讯；单片机（29）连接步进电机（1），控制步进电机（1）启停、转速和转向，通过串口方式与PC机（27）通讯；PC机（27）通过以太网和PLC（28）连接及通过串口方式与单片机（29）连接，用于运行iFIX组态软件及与单片机（29）通讯。       
8.如权利要求5所述的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，其特征在于：所述供料检测模块（23），包括所述称重传感器（19）和2个限位开关（30）；所述称重传感器（19）一端通过连接螺母（18）与活塞轴（17）连接，另一端再通过一个螺母（20）与光杆连接推板（5）连接，用于检测推进压力值；2个限位开关（30），一个安装在前支撑板（4）上，另一个安装在后支撑板（9）上，用于推进机构（24）的极限位置的检测。       
说  明  书
<p>技术领域   
本发明涉及基于数控铣床的生物3D打印试验平台，属于生物制造领域。   
背景技术   
单片机编程100例详解各种原因导致的组织器官缺损或功能障碍是危害人类健康的主要病因，也是导致患者死亡的主要原因之一，组织器官缺损的修复和功能重建是医学领域面临的挑战。传统手段往往需要牺牲自体组织进行移植修复，容易导致供区的创伤和功能受限，是一种“以创伤修复创伤”的无奈之举，而异体组织器官移植因缺乏合适的供体而受到极大的限制。随着医学科学的发展，组织器官缺损的理念已逐渐从组织移植向组织再生模式转变。组织工程学，作为再生医学的重要组成部分和组织再生的重要手段，在近二十多年来得到迅速发展。从人体获取少量自体组织，提取种子细胞并经过体外扩增后种植到支架材料上，经过体外培养形成工程化组织后再植入体内，修复相关组织缺损并恢复原有功能，这样的组织再生模式可以避免以创伤修复创伤的缺陷，有望真正实现无创或微创的组织器官再生和功能重建。