[发明专利]一种生物打印机运动平台和生物打印机

说明书

技术领域

本发明涉及生物打印机技术领域，特别涉及一种生物打印机运动 平台和生物打印机。

背景技术

生物3D打印是指通过3D打印的原理和方法，将生物材料(包 括天然生物材料和合成生物材料或细胞溶液)打印成为设计的三维结 构体的技术。与普通的3D打印技术相比，生物3D打印技术的特点 在于其所生产的生物组织或器官还具有一定的生物学功能，需为细胞 和组织的进一步生长提供条件，而且，由于构建生物组织的细胞，只 有在微观上按照生物学规律精确排布才能实现细胞间的信号传递和 组织的复杂生物学功能，因此，生物3D打印的过程除了要让细胞存 活之外，还需要不断追求实现细胞更为精确的排布。可见，生物3D 打印技术在发展中面临着许多不同于普通3D打印技术的特定技术问 题。

生物3D打印设备采用喷头将由活体细胞制成的生物墨汁喷出， 生物墨汁随着喷头的移动在打印载体上排列成预设结构，最终形成生 物组织。目前，如何进一步提高生物打印机的打印精度，使细胞排布 更加精确，以及如何提高生物打印机的打印效率，保证打印过程中细 胞具有更高的存活率和更好的生理功能，成为制约生物3D打印技术 进一步发展的关键技术问题。

现有的生物打印机，其包括喷头和与喷头和/或打印载体连接的 生物打印机运动平台等，其中生物打印机运动平台在X、Y、Z三个 方向上分别设有直线驱动机构，在直线驱动机构的驱动作用下，生物 打印机运动平台能够驱动喷头和打印载体之间沿着X、Y、Z三个方 向相对运动，进而调整打印位置，最终打印形成预设结构。

由于相对于用于加工较大量级产品(例如量级为m的大理石和 木材等)的机床等普通工业设备，3D打印设备的加工量极小、行程 短、驱动力需求也很低，因此，现有的3D打印设备均只采用Y轴单 边驱动方式。而生物打印机相对于普通的3D打印设备具有更小的加 工量级和更短的行程，例如生物打印机所打印的血管只有cm量级， 因此，业内普遍认为，生物打印机运动平台也只需采用Y轴单边驱 动方式即可，所以，现有的生物打印机运动平台只包括一个Y轴驱 动机构。

然而，发明人经过研究发现，这种Y轴单边驱动的生物打印机 运动平台实际上正是导致现有生物打印机的打印精度及打印效率较 低的一个重要原因，现具体分析如下：

(1)现有Y轴单边驱动的生物打印机运动平台，其难以满足将 喷头精准移动并定位的高精度打印需求。由于在生物打印领域，三维 构建体量级小，尤其当喷头以点状喷射的方式喷出生物墨汁时，需要 对打印的细胞进行更精确的排布，这就对生物打印机运动平台的定位 精度提出了非常高的要求，极小的误差都有可能造成打印产品的不合 格，而现有的采用Y轴单边驱动方式的生物打印机运动平台，其主 动侧和从动侧容易产生误差，影响运动精度，从而无法达到生物3D 打印设备的高量级打印精度要求。尤其当Y轴行程较长时，这种影 响更加明显，发明人经过多次试验发现，在Y轴行程长度为300mm 时，Y轴单边驱动方式的生物打印机运动平台，从动侧与主动侧在Y 轴上的误差可以达到0.05mm，虽然该误差在一般工业领域，甚至普 通3D打印领域都属于很小的误差，但是该误差对于生物3D打印领 域中几十到几百微米的细胞来说，会严重影响细胞的精确排布。

(2)而且更为重要的，现有Y轴单边驱动的生物打印机运动平 台，其限制了生物打印机打印效率的进一步提高。由于生物3D打印 原材料的特性，生物墨汁中细胞的活性和存活率会随打印时间的增加 而降低，这就对于生物打印机运动平台的运动速度和打印效率提出了 非常严苛的要求，而现有的生物打印机运动平台，其运动和工作所需 的力矩均由单侧驱动机构提供，在一定精度要求的前提下，Y轴单边 驱动的方式无法提供更高的输出动力，并且受限于生物打印机整体的 刚性，现有生物打印机运动平台在Y轴方向上的加速度也受到限制。 可见，现有Y轴单边驱动的生物打印机运动平台难以满足生物3D打 印的打印速度和打印效率的要求。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：如何进一步提高生物打印的打 印精度和打印效率。