【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，尤其涉及一种冷冻场生物3d打印成型装置及其应用，具体涉及一种冷冻场生物3d打印成型装置及利用该装置进行无机/有机复合多孔生物支架打印的方法。
技术介绍
1、由于疾病、创伤等导致的组织、器官缺损及衰竭严重影响着人类生命健康问题，人体自我修复能力有限，当损伤达到一定程度原位治疗已经无法满足实际需求时则需要进行移植，由此组织工程组织与器官的替代成为医学、生物学以及材料学等领域的研究重点。
2、按照移植物的来源不同可将移植物分为生物移植体和人造移植体两大类：生物移植体包括自体移植、同质异体移植、同种异体移植和异种移植四类，具有易造成供区损伤、供体来源短缺、免疫排斥等缺点，移植成功率较低。所以，开发人造移植组织工程组织/器官具有很大的前景。
3、20世纪80年代组织工程这一术语被确定下来，指将细胞生物学和材料科学相结合，在体外或者体内构建组织或器官以恢复受损的组织或器官的新兴学科。组织工程三要素分别为细胞、支架和培养环境。细胞指干细胞，能够发育成任何类型的组织和器官，可塑性很强，也被称为“万能细胞”；培养环境指细胞生长所需要的信号分子，即具有诱导和刺激细胞增殖、维持细胞存活等生物效应的蛋白类物质；而支架是用以支撑细胞生长和增殖的支撑材料，有聚合物、金属材料、生物陶瓷及其复合材料几大类，为提高细胞粘附性、促进细胞增殖分化并长入支架内部，支撑材料常常为具有互联互通结构的三维多孔结构。
4、三维多孔材料的制备方法包括冷冻干燥法、模板法、腐蚀法、高内相乳液聚合法以及3d打印法等。其中3d
5、目前的冷冻场法主要有三种：第一种包括先在常温下打印材料，而后将打印材料转移到冷冻干燥机中进行冷冻定型和干燥，但是该方法不适用于浓度较稀的浆料，在打印过程或者转移过程中材料的立体结构容易出现出现坍塌，难以实现良好的控型；第二种包括将浆料灌注于模型中，置于低温环境中，直接模塑冷冻成型，难以实现个性化定制或实现多孔结构；第三种包括直接在低温环境下打印材料，然而其低温环境仅由低温的平面提供，离低温平面有一定距离的打印环境温度逐渐升高，对于1cm以上的结构，低温平面无法提供达到凝固定型的要求，对成型高度有很大限制，难以打印高度大于1cm的制品。
技术实现思路
1、为改善现有技术的不足，本专利技术提供一种冷冻场生物3d打印成型装置及其应用，该装置能够改善以下问题至少之一，适用于不同浓度的浆料，包括浓度较低的浆料，能够打印高度较高，例如大于1cm的制品。
2、本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，一种冷冻场生物3d打印成型装置，包括挤出模块、冷冻模块和成型平台，挤出模块设置于成型平台的上方，冷冻模块用于为成型平台提供冷冻环境；
4、所述冷冻模块包括冷冻场，所述冷冻场包括冷冻腔和冷冻组件，所述冷冻组件用于为冷冻腔提供低温环境，所述冷冻腔包括支撑底部和冷冻外壁，外壁包绕在支撑底部上，所述冷冻外壁的高度大于1cm，所述成型平台设置在支撑底部上，所述挤出模块挤出的墨水在成型台上沉积冷却并定型。
5、根据本专利技术的实施方案，所述冷冻外壁的高度大于等于3cm，优选所述冷冻外壁的高度大于等于4cm，例如为4.5cm，当所述冷冻外壁的高度为4.5cm时，能够打印高度小于等于3cm的制品。
6、根据本专利技术的实施方案，所述冷冻组件包括制冷机组和冷冻循环组，所述制冷机组用于为冷冻场提供冷冻介质，所述冷冻介质能够在冷冻场和制冷机组之间循环，所述冷冻循环组包绕冷冻腔，为冷冻腔提供冷冻环境。
7、根据本专利技术的实施方案，所述冷冻场包括冷冻腔和包绕在冷冻腔外的冷冻循环组，所述冷却循环组顶部为凹槽式开放结构，所述凹槽为冷冻腔。
8、根据本专利技术的实施方案，所述成型装置还包括温度测量模块，所述温度测量模块包括若干温度检测器，所述温度检测器用于检测不同位置的温度，例如用于检测制冷机组内、冷冻腔内的温度。
9、根据本专利技术的实施方案，所述成型装置还包括外部控制系统，所述外部控制系统包括计算机等。
10、根据本专利技术的实施方案，所述挤出模块用于存放和挤出生物墨水，所述挤出模块包括料筒和加热筒，所述料筒放置在加热筒中，所述加热筒能够插入冷冻腔内。
11、根据本专利技术的实施方案，所述加热筒连接在一位置调整机构上，所述位置调整机构包括y轴线性运动机构、双z轴线性运动机构和x轴线性运动机构。
12、根据本专利技术的实施方案，所述位置调整机构还包括底架，y轴线性运动机构设置在底架的底部，冷冻循环组设置在y轴线性运动机构的顶部，所述y轴线性运动机构包括滑动轨道，所述冷冻循环组能够在滑动轨道上滑动。
13、根据本专利技术的实施方案，所述底架相对的两侧设置有双z轴线性运动机构，所述双z轴线性运动机构的上部设置有x轴线性运动机构，所述加热筒连接在x轴线性运动机构上。
14、根据本专利技术的实施方案，当所述x轴线性运动机构在双z轴线性运动机构上上下移动时，能够改变加热筒与成型平台之间的距离；当所述双z轴线性运动机构在底架上移动时，能够改变加热筒与冷冻腔内壁之间的距离；当所述冷冻循环组在y轴线性运动机构上滑动时，可以改变加热筒与冷冻腔内壁之间的距离。
15、根据本专利技术的实施方案，所述y轴线性运动机构、双z轴线性运动机构和x轴线性运动机构通过气缸带动进行相应的动作。
16、根据本专利技术的实施方案，所述y轴线性运动机构、双z轴线性运动机构和x轴线性运动机构的端部设置有限位感应器，以限定打印喷头运动范围，保障了该运动机构的安全运行。
17、根据本专利技术的实施方案，所述调整机构还可以包含旋转运动机构，所述旋转运动机构用于改变加热筒的位置，以实现更多复杂部件的打印要求。
18、根据本专利技术的实施方案，所述加热筒外部还设置有气压调整机构，所述气压调整机构与加热筒内部的料筒相连通，用于调整料筒内的气压，将墨水挤出。
19、根据本专利技术的实施方案，所述气压调整机构包括空压机，所述空压机与加热筒之间通过连通管连接。
20、根据本专利技术的实施方案，所述空压机与加热筒之间设置有温度压力控制系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冷冻场生物3D打印成型装置，包括挤出模块、冷冻模块和成型平台，其特征在于，所述挤出模块设置于成型平台的上方，所述冷冻模块用于为成型平台提供冷冻环境；
2.根据权利要求1所述的冷冻场生物3D打印成型装置，其特征在于，所述冷冻外壁的高度大于等于3cm。
3.根据权利要求1所述的冷冻场生物3D打印成型装置，其特征在于，所述成型装置还包括温度测量模块，所述温度测量模块包括若干温度检测器，所述温度检测器用于检测不同位置的温度。
4.根据权利要求3所述的冷冻场生物3D打印成型装置，其特征在于，所述加热筒连接在一位置调整机构上，所述位置调整机构包括Y轴线性运动机构、双Z轴线性运动机构和X轴线性运动机构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冷冻场生物3D打印成型装置，其特征在于，所述加热筒包括加热筒体，加热筒体的内部用于容纳料筒，料筒的底部设置有打印针头，料筒内用于容纳生物墨水。
6.根据权利要求1-4任一项所述的冷冻场生物3D打印成型装置，其特征在于，所述循环腔体内部或外部设置有光照单元，所述光照单元能够射入冷冻腔内，进行固化
7.一种权利要求1-6任一项所述成型装置在3D打印中的应用。
8.一种权利要求1-6任一项所述成型装置进行3D打印的方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于，所述生物墨水包括无机相固体粉末、有机相固体粉末和溶剂，所述无机相固体粉末、有机相固体粉末为溶质，所述溶质与溶剂的质量比为5～30％，优选所述溶质与溶剂的质量比为10～20％。
10.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于，所述生物墨水还包含细胞、药物、生长因子、多肽中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种冷冻场生物3d打印成型装置，包括挤出模块、冷冻模块和成型平台，其特征在于，所述挤出模块设置于成型平台的上方，所述冷冻模块用于为成型平台提供冷冻环境；
2.根据权利要求1所述的冷冻场生物3d打印成型装置，其特征在于，所述冷冻外壁的高度大于等于3cm。
3.根据权利要求1所述的冷冻场生物3d打印成型装置，其特征在于，所述成型装置还包括温度测量模块，所述温度测量模块包括若干温度检测器，所述温度检测器用于检测不同位置的温度。
4.根据权利要求3所述的冷冻场生物3d打印成型装置，其特征在于，所述加热筒连接在一位置调整机构上，所述位置调整机构包括y轴线性运动机构、双z轴线性运动机构和x轴线性运动机构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冷冻场生物3d打印成型装置，其特征在于，所述加热筒包括加热筒体，加热筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：林锦新，李岚，陈燕，赵青，许睿，陈肖龙，黄思沂，黄婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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