【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物制造，尤其是涉及一種軟材料跨尺度結構的制造系統及方法。
技術介紹
1、生物3d打印技術將細胞、生長因子等生物體內原生單元與生物材料(水凝膠等)混合后參考仿生學、細胞微環境等因素進行定制化排布，構建出生物功能結構體的制造方法。在使用生物3d打印技術構建仿生結構時需要盡可能對生物體內的宏觀結構(分叉血管、腸道褶皺等)和微觀結構(毛細血管、小腸絨毛等)進行模擬，以充分還原體內細胞的生存環境，提高結構仿真度。目前，嵌入式擠出生物3d打印是常用的打印工藝之一，其制造過程中懸浮介質的屈服應力可以為結構提供支撐作用，因此這種方法可以用于低剛度生物墨水或無支撐結構的生物3d打印。體積打印作為一種新型的生物3d打印技術，通過投影出含有模型切片信息的三維圖案并調整光劑量分布進而快速聚合打印基體，這可以克服傳統3d打印技術層層堆積的幾何限制，避免分層效應。但是體積打印所使用的生物墨水必須預先放置于成形腔中，因此在制造多材料零件時難以精準控制不同材料的空間分布。
2、此外，上述3d打印工藝的成型精度受限于擠出絲徑和投影光分辨率，難以在兼顧制造效率的同時系統性地構建具備跨尺度的宏微觀結構。目前，常見的解決方案是使用多孔軟材料進行含細胞打印并誘導產生微血管結構，但是這種方案構建的微結構具有無序性，無法定制化，這限制了所構建模型的功能化。
技術實現思路
1、本申請的內容部分用于以簡要的形式介紹構思，這些構思將在后面的具體實施方式部分被詳細描述。本申請的內容部分并不旨在標識要求保護的
2、本專利技術為了克服現有技術的不足，提供一種軟材料跨尺度結構的制造系統及方法。
3、為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種軟材料跨尺度結構的制造系統，包括：擠出沉積模塊，包括多個噴頭；移動模組，用于裝載擠出沉積模塊并能夠帶動擠出沉積模塊在三維空間移動；懸浮介質容器，處于擠出沉積模塊下方用于裝填懸浮介質；投影模塊，用于想懸浮介質容器投影包含模型切片信息的圖案光，提供打印基體的固化能量與信息；激光刻蝕模塊，發射激光并刻蝕處于懸浮介質容器內的工件以構建微觀結構；轉臺，用于承載懸浮介質容器并能夠帶動懸浮介質容器做360度轉動；光學調整模塊，設于投影模塊和懸浮介質容器之間，用于調整投影模塊所投影圖案光的光路、投影幅面大小、幾何像差，分辨率光學參數；控制系統，用于協調和控制擠出沉積模塊、投影模塊、激光刻蝕模塊的空間移動、工藝時序以及參數設計；激光刻蝕模塊處于移動模組上隨移動模組一同移動。
4、進一步的，噴頭數量大于等于兩個，噴頭內裝填有生物軟材料，噴頭頂端連接有輸氣管。
5、進一步的，噴頭的空間運動速度范圍為1-30mm/s，噴頭的針頭為毛細管或普通針頭，其外徑處為0.1mm-1mm。
6、進一步的，生物軟材料包括絲素蛋白、膠原蛋白、甲基丙烯酰化明膠生物墨水或具有光敏特性的水凝膠。
7、進一步的，光學調整模塊包括光學特征部件和光學元件，光學調整模塊在投影光波長段的透光率大于等于90％；光學調整模塊的光學參數與打印墨水及懸浮介質容器的光學參數契合，能夠將投影模塊發射的投影光轉化為平行光或近平行光，入射懸浮介質容器內實現對生物軟材料的固化。
8、進一步的，懸浮介質容器為等曲率柱狀透光容器，在投影光投影波長段具有大于等于90％的透光率。
9、進一步的，懸浮介質包括卡波姆或泊洛沙姆127與羥丙基甲基纖維素的混合物。
10、進一步的，移動模組包括多個導軌和多個直線電機，多個不同方向的導軌在空間上相互垂直。
11、作為本申請的另一方面，本申請還公開了一種利用如上述的軟材料跨尺度結構的制造系統制造軟材料跨尺度結構的方法，包括以下步驟：
12、步驟一：根據所需性能設計結構，通過三維軟件對所設計的結構進行建模，將要打印的三維模型進行切片并生成打印路徑文件，基于斷層成像技術，優化處理切片數據，整理轉化為圖像數據，加載到控制模塊內；
13、步驟二：根據所需材料種類配置噴頭數量，調整氣壓使噴頭穩定擠出生物軟材料，調整移動裝置，使一個噴頭下降沒入至懸浮介質中，噴頭在懸浮介質中運動的同時擠出生物軟材料，擠出的生物軟材料隨著噴頭的移動形成細絲；
14、步驟三：當設計的結構存在多種材料時，在打印過程中通過移動模組切換擠出噴頭，使原噴頭回歸初始點，新的噴頭擠出新的材料，繼續打印；
15、步驟四：當打印完一層結構后，噴頭根據打印層高抬升，重復上述步驟二與步驟三的過程，直至預打印工作完成；
16、步驟五：調整投影模塊根據所設計三維模型的信息輸出圖像序列，構成三維圖案光，其中，投影模塊光照強度為500mw/cm2到2000mw/cm2之間，調整光學調整模塊，使調整后的投影光轉化為平行光或近平行光；
17、步驟六：啟動轉臺并根據轉臺轉速調整投影模塊使預加載的圖像序列按照轉臺轉速投影至成型腔內，其中預沉積的生物軟材料受到逐漸累積的三維區域輻照，發生固化，直至三維模型固化完成后，停止轉臺，關閉投影模塊；
18、步驟七：啟動激光刻蝕模塊，根據模型設計結構，通過轉臺調整角度，移動激光發射器對準小尺寸結構位置，開啟激光蝕刻產生定制化結構，直至所有結構制造完畢。優選地，激光功率為5～50w，刻蝕速度為20～80mm/s；
19、步驟八：清理回收未固化的生物軟材料，取出打印件，進行后處理，使打印件達到所要求的形狀指標。
20、本專利技術的有益之處在于：
21、1.本專利技術基于嵌入式擠出打印、體積打印和激光刻蝕技術實現生物軟材料的跨尺度制造，通過對多種軟材料的預沉積、一次性體積固化實現宏觀結構(亞毫米級)的制造，通過對軟材料的定點刻蝕實現微觀結構(微米級)的制造。
22、2.本專利技術通過利用嵌入式多材料擠出打印技術與體積打印技術可以實現多種軟材料結構的一體化制備，避免了分層效應的影響。
23、3.本專利技術具有豐富的適用性，通過改變光敏生物軟材料的組分以及懸浮介質的組分可以實現所制備構件的局部力學性質特異化，可以進一步廣泛用于生物組織梯度環境的構建。
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1.一種軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述噴頭數量大于等于兩個，所述噴頭內裝填有生物軟材料，所述噴頭頂端連接有輸氣管。
3.根據權利要求2所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述噴頭的空間運動速度范圍為1-30mm/s，所述噴頭的針頭為毛細管或普通針頭，其外徑處為0.1mm-1mm。
4.根據權利要求2所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述生物軟材料包括絲素蛋白、膠原蛋白、甲基丙烯酰化明膠生物墨水或具有光敏特性的水凝膠。
5.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述光學調整模塊包括光學特征部件和光學元件，所述光學調整模塊在投影光波長段的透光率大于等于90％；所述光學調整模塊的光學參數與打印墨水及所述懸浮介質容器的光學參數契合，能夠將所述投影模塊發射的投影光轉化為平行光或近平行光，入射所述懸浮介質容器內實現對生物軟材料的固化。
6.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述懸
7.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述懸浮介質包括卡波姆或泊洛沙姆127與羥丙基甲基纖維素的混合物。
8.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述移動模組包括多個導軌和多個直線電機，多個不同方向的所述導軌在空間上相互垂直。
9.一種利用如權利要求1-8中任意一條所述的軟材料跨尺度結構的制造系統制造軟材料跨尺度結構的方法，其特征在于：包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述噴頭數量大于等于兩個，所述噴頭內裝填有生物軟材料，所述噴頭頂端連接有輸氣管。
3.根據權利要求2所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述噴頭的空間運動速度范圍為1-30mm/s，所述噴頭的針頭為毛細管或普通針頭，其外徑處為0.1mm-1mm。
4.根據權利要求2所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述生物軟材料包括絲素蛋白、膠原蛋白、甲基丙烯酰化明膠生物墨水或具有光敏特性的水凝膠。
5.根據權利要求1所述的軟材料跨尺度結構的制造系統，其特征在于：所述光學調整模塊包括光學特征部件和光學元件，所述光學調整模塊在投影光波長段的透光率大于等于90％；所述光學調整模塊...
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