一种多通道体积增材制造方法、打印机及其应用与流程

本发明涉及三维打印，更具体地，涉及一种多通道体积增材制造方法、打印机及其应用。

背景技术：

1、三维打印技术又被称为增材制造技术，传统的三维打印方式是，1d由线到面再到体或2d由面到体来构建三维物体，这种自下而上的层层堆叠的打印方式，存在打印速度慢和台阶效应，影响打印物表面的光滑度，同时传统的三维打印装置体积较大、装置复杂，在打印过程中打印物与外界是有接触的，在混合细胞打印时会增加污染的风险，因此不利于生物三维打印。

2、而体积增材制造是一种新的三维打印方式，该技术不同于传统的打印模式，它可以在无支撑的情况下直接打印出三维的结构，类似于全系投影的方式，该方法大大提高了打印的速度，可以在很短的时间内(30-300s)完成厘米级别物体的打印，并且，体积增材制造技术能够打印出光滑的物体表面，该技术在组织工程，再生医学，个性化药物测试，类器官，微流控芯片，可植入器件，软机器人等方面有很大的应用潜力。

3、现有体积增材制造技术还无法实现高通量的打印。虽然体积增材制造技术的单次打印速度很快，但是它一次只能打印一瓶墨水。例如通过体积打印技术进行类器官球体打印，然后将类器官球体进行个性化用药指导方面，由于不同患者对药物的敏感不同，为了快速的了解哪种药物对患者更有效，需要连续制备大量的类器官球体来模拟某个器官在人体内的环境并进行药物筛选，从而找出最合适的药物进行个性化用药指导，这个过程需要连续的均一的制备大量的类器官球体，目前体积增材打印技术在高通量制备上还不能实现。

技术实现思路

1、本发明为克服上述背景技术中提出的当前体积增材制造的三维打印技术无法实现高通量打印，导致打印效率低的问题，而提供一种多通道体积增材制造方法、打印机及其应用。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种多通道体积增材制造方法，包括如下步骤：

4、s01：将设计好的模型切片并将投影导入到dlp投影仪中；

5、s02：dlp投影仪射出的图像光路依次经过透镜和棱镜，棱镜对光路分束，其中，

6、棱镜分出的光束末端均射入一单独的滤光片，并由滤光片矫正光线后直接投影到树脂溶液瓶中，或者，

7、所述棱镜分出的光束末端射入另一个透镜，通过该透镜的光束进入到另一个棱镜继续分束，直至最后的棱镜分出光束通过滤光片矫正光线后直接投影到树脂溶液瓶中，以实现物体多通道体积增材打印；

8、s03：树脂溶液瓶通过打印平台带动同步转动，其内部树脂溶液经由光线固化；

9、s04：洗出打印后的物体，完成物体的打印。

10、上述实施例相对于传统dlp体积增材打印机来说，通过将dlp投影仪射出的图像光路通过棱镜进行分束，例如一个棱镜可以将光线分为两束，这两束垂直向外传播，传播到二个同步旋转的密闭的树脂溶液瓶中，经过20-120s的时间，完成厘米级别物体的打印。

11、同时上述实施例可以通过增加多个棱镜来分出多道光束，理论上来说，只要光束足够强，可以一次性打印多个相同的物品。

12、优选地，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，n＝1，其中，

13、dlp投影仪射出的图像光路通过棱镜时分成垂直的两道光束，两道所述光束分别通过滤光片，并由滤光片矫正光线后投影到树脂溶液瓶中。

14、优选地，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，树脂溶液瓶数量为n+1，且n为大于1的整数，其中，

15、dlp投影仪射出的图像光路通过第一个棱镜时分成垂直的两光束，沿其中一道所述光束方向依次放置棱镜，使该道光束依次通过多个棱镜，直至最后一个透镜末端通过滤光片，并由滤光片矫正光线后投影到树脂溶液瓶中；多个棱镜的另一道光束通过滤光片，并由滤光片矫正光线后投影到树脂溶液瓶中。

16、根据权利要求2所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，n＝2a-1，a为大于1的整数，树脂溶液瓶数量为2a，其中，

17、dlp投影仪射出的图像光路通过第一个棱镜时分成垂直的两光束，沿两道所述光束方向放置棱镜，使两光束分别通过棱镜，并分出更多光束，直至每道光束分别通过最后的棱镜，并最终分成数量为2a的光束，每道所述光束通过滤光片，并由滤光片矫正光线后投影到树脂溶液瓶中。

18、优选地，所述棱镜的分光比为50:50。

19、优选地，树脂溶液由材料和光引发剂组成，其中，材料包括但不限于甲基丙烯酸化水凝胶或丝蛋白sf；光引发剂包括但不限于ru/sps光引发剂或lap光引发剂。

20、本发明还提供一种多通道体积增材打印机，应用于上述任一多通道体积增材制造方法，具体包括dlp投影仪、透镜、棱镜、滤光片、树脂溶液瓶以及打印平台，其中，

21、打印平台固定并驱动树脂溶液瓶旋转；dlp投影仪射出的图像光路依次经过透镜和棱镜，并由棱镜分束，分束后的光束再次通过一个所述滤光片，最后投影到树脂溶液瓶固化打印成品。

22、优选地，所述打印平台包括电机控制系统，以及与电机控制系统电信连接的三维位移台和树脂溶液瓶转动部，其中，

23、所述三维位移台驱动树脂溶液瓶移动并聚焦；

24、所述树脂溶液瓶转动部驱动树脂溶液瓶转动。

25、优选地，还包括安装于树脂溶液瓶转动部上的树脂溶液瓶固定部，树脂溶液瓶固定部用于固定树脂溶液瓶。

26、本发明还提供一种多通道体积增材制造方法在生物打印的应用，例如应用在组织工程，再生医学，类器官，柔性电子等生物医学领域。

27、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

28、本发明提供了一种多通道体积增材制造方法，通过多个棱镜将dlp投影仪投影的图像光路进行分束，如一个分光比为50:50的棱镜可以将光分成两束，这两束垂直向外传播，传播到二个同步旋转的密闭的树脂溶液瓶中，经过20-120s的时间，既可以完成两个厘米级别物体的打印，解决现有体积增材制造三维打印方式不能进行高通量打印的问题。

技术特征：

1.一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，n＝1，其中，

3.根据权利要求2所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，树脂溶液瓶数量为n+1，且n为大于1的整数，其中，

4.根据权利要求2所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述步骤s02中的棱镜的数量为n，n＝2a-1，a为大于1的整数，树脂溶液瓶数量为2a，其中，

5.根据权利要求2所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述棱镜的分光比为50:50。

6.根据权利要求1所述的一种多通道体积增材制造方法，其特征在于，树脂溶液由材料和光引发剂组成，其中，材料包括但不限于甲基丙烯酸化水凝胶或丝蛋白sf；光引发剂包括但不限于ru/sps光引发剂或lap光引发剂。

7.一种多通道体积增材打印机，应用于权利要求1-6任一所述的多通道体积增材制造方法，其特征在于，所述打印机包括dlp投影仪、透镜、棱镜、滤光片、树脂溶液瓶以及打印平台，其中，

8.根据权利要求7所述的多通道体积增材打印机，其特征在于，所述打印平台包括电机控制系统，以及与电机控制系统电信连接的三维位移台和树脂溶液瓶转动部，其中，

9.根据权利要求8所述的多通道体积增材打印机，其特征在于，还包括安装于树脂溶液瓶转动部上的树脂溶液瓶固定部，树脂溶液瓶固定部用于固定树脂溶液瓶。

10.如权利要求1-6任一所述的多通道体积增材制造方法在生物打印的应用。

技术总结本发明提供一种多通道体积增材制造方法、打印机及其应用，包括如下步骤：将设计好的模型切片并将投影导入到DLP投影仪中；DLP投影仪射出的图像光路依次经过透镜和棱镜，棱镜对光路分束，棱镜分出的光束末端射入滤光片，并由滤光片矫正光线后直接投影到树脂溶液瓶中，或者棱镜分出的光束末端射入另一个透镜，通过该透镜的光束进入到另一个棱镜继续分束，直至最后的棱镜分出光束通过滤光片矫正光线后直接投影到树脂溶液瓶中；洗出打印后的物体。本发明提供一种多通道体积增材制造方法、打印机及其应用，通过将DLP投影仪射出的图像光路分束，实现多通量体积增材制造，可以一次性打印多个三维结构，适用于组织工程、再生医学、药物筛选等生物医学领域。技术研发人员：谢茂彬,井四博,沈浩斌,伍萍萍受保护的技术使用者：绿钥生物科技（珠海）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9