KR102442916B1 - 회전식 인쇄 헤드를 가진 3d 바이오 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은,
회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터로서,
상기 회전식 인쇄 헤드는,
링 형상으로 형성되어 복수의 주사기(10)를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더(20); 및
일단부가 상기 복수의 주사기 홀더(20)에 결합되고 타단부가 중앙축(30)과 결합된 상태에서 상기 복수의 주사기 홀더(20)와 상기 중앙축(30) 사이를 연장에 의해 연결하기 위한 암의 길이를 구경이 작은 파이프(22a)를 구경이 큰 파이프(22b)에 삽입하는 정도를 조절하는 방식으로 조절하여 상기 복수의 주사기 홀더(20)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 상기 복수의 주사기(10)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 하는 복수의 연장길이 조절수단(22);
을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터{3D bio printer with a rotary print head}

본 발명은 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터에 관한 것이다.

기존의 3D 바이오 프린터에서 인쇄 헤드를 구성하는 복수의 주사기를 이동시킬 때 벨트나 체인을 사용하고 주사기 노즐은 분출이 되는 오리피스가 하나만 있기 때문에, 복수의 주사기를 이동시키는 장치를 구현하기 위해 큰 공간이 필요하고 해당 구성물의 인쇄 시간이 많이 소요된다.

따라서 복수의 주사기를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더가 연장길이 조절수단을 통해 중앙축과 결합된 상태에서 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기가 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 하고, 주사기의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐을 교체 가능하게 설치하도록 함으로써, 동일한 설계, 해상도 및 구성으로 여러 구성물을 인쇄 베드 상의 설정된 위치에 동시적으로 인쇄할 수 있고, 해당 구성물의 인쇄 속도가 빠르며 단일 주사기에서 다중 필라멘트 분출이 가능하고 원하는 다중 오리피스(이중 오리피스 또는 삼중 오리피스 등)로 용이하게 교체하여 사용할 수 있게 할 필요가 있다.

이와 관련된 선행기술문헌 정보: 공개특허공보 제10-2020-0002879호(공개일자 2020년01월08일) "3차원 로봇 바이오 프린터"

이와 같은 선행기술문헌에 따른 "3차원 로봇 바이오 프린터"는 최소 침습 로봇 수술 시스템(minimally invasive robotic surgical systems)을 사용하여 체내에서 수행되는 바이오프린팅을 하도록 한다.

그러나 선행기술문헌에 따른 "3차원 로봇 바이오 프린터"는 최소 침습 로봇 수술 시스템을 사용하여 체내에서 수행되는 바이오프린팅을 하도록 하는 것으로, 복수의 주사기를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더가 연장길이 조절수단을 통해 중앙축과 결합된 상태에서 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기가 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 하고, 주사기의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐을 교체 가능하게 설치하도록 하지는 못한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 복수의 주사기를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더가 연장길이 조절수단을 통해 중앙축과 결합된 상태에서 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기가 중앙축을 따라 회전 가능하며 중앙축과 멀어지거나 가까워지도록 하고, 주사기의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐을 교체 가능하게 설치하도록 하기 위한 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 세포 생존성을 향상시키기 위하여 더 빠르고 다양한 구성 요소로 이루어진 3D 바이오 인쇄를 위해 교체 가능한 디스크 노즐로 구성된 다중 필라멘트 주사기 압출 시스템을 갖춘 회전식 인쇄 헤드를 갖는 것이다. 전통적으로 주사기는 목이 좁고 노즐은 분사 오리피스가 하나뿐이어서 인쇄에 많은 시간이 소요된다. 이것은 제한된 공간 안에 오랜 거주 시간과 침전물을 야기하여 세포의 죽음을 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 다중 필라멘트 압출 시스템을 사용하여 인쇄시간을 단축하는 데 도움이 될 것이며, 넓은 목 주사기 모델을 사용하여 기존의 압출 바이오 프린터보다 세포 생존력을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한 다중 주사기 홀더는 각 주사기의 서로 다른 잉크를 사용하여 다중 성분 구조를 인쇄하는 데 용이하다. 특히 최근 연구진은 세포의 성장, 증식, 분열 증진을 위해 다양한 중요한 생물학적 요소를 추가하고 있다. 예를 들어, 한 개의 주사기는 하이드로겔을 포함할 수 있고, 다른 주사기는 세포, 성장 인자, 세포 외 기질(ECM) 구성 요소, 나노 입자, 교차연결자(crosslinkers) 물질 등이 주사기 안에 포함될 수 있다. 중앙축에 연결된 멀티 주사기 홀더는 인쇄 요구사항에 따라 주시기를 회전시킨 수 있다. 또한 한 번에 특정 주사기를 인쇄하도록 만들 수도 있다. 이러한 장점 외에도, 회전식 인쇄 헤드는 동일하거나 다른 재료로 채워진 멀티 주사기로 3D 구조를 동시에 인쇄할 수 있다. 주사기가 중앙축에 연결되기 때문에 주사기들이 동일한 G코드로 동시에 구조를 인쇄할 수 있다. 주사기 홀더는 구조물 크기에 따라 동력제어장치처럼 피스톤을 이용해 중앙축에서 바깥 방향으로 이동할 수 있다. 교체 가능한 디스크 노즐이 있는 넓은 목의 주사기는 인쇄 중에 세포가 경험하는 외부 스트레스를 줄이는데 도움을 준다. 기존의 바이오 인쇄에서 주사기는 오리피스 근처와 긴 노즐 또는 바늘 안쪽이 좁다. 하지만, 넓은 목 주사기가 있는 본 발명은 더 적은 상주 시간과 더 많은 공간으로 세포의 죽음을 예방하고 세포 스트레스를 줄일 수 있다. 본 발명은 더 많은 세포의 생존력을 유지시키면서 짧은 시간에 여러 개의 3D 구성물 또는 다중 구성 요소 3D 구조를 구현해 내는 결과를 도래할 수 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 형태에 따르면,

회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터로서,

상기 회전식 인쇄 헤드는,

링 형상으로 형성되어 복수의 주사기(10)를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더(20); 및

일단부가 상기 복수의 주사기 홀더(20)에 결합되고 타단부가 중앙축(30)과 결합된 상태에서 상기 복수의 주사기 홀더(20)와 상기 중앙축(30) 사이를 연장에 의해 연결하기 위한 암(arm)의 길이를 구경이 작은 파이프(22a)를 구경이 큰 파이프(22b)에 삽입하는 정도를 조절하는 방식으로 조절하여 상기 복수의 주사기 홀더(20)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 상기 복수의 주사기(10)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 하는 복수의 연장길이 조절수단(22);

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연장길이 조절수단(22)은 상기 타단부가 상기 중앙축(30)과 볼 베어링(24)에 의해 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 주사기(10)의 하단부에서 상부 링(14)과 하부 링(16)이 간격을 두고 결합되어 이루어지는 디스크 홀더(18)의 상기 상부 링(14)과 상기 하부 링(16) 사이에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐(12)이 교체 가능하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 주사기(10)의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 실린더형 노즐이 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 다중 오리피스를 형성하는 유출구의 모양은 별, 원 및 다각형을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 복수의 주사기(10)를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더(20)가 연장길이 조절수단(22)을 통해 중앙축(30)과 결합된 상태에서 중앙축(30)을 따라 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기(10)가 중앙축(30)을 따라 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 하고, 주사기(10)의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐(12)을 교체 가능하게 설치하도록 하기 때문에, 동일한 설계, 해상도 및 구성으로 여러 구성물을 인쇄 베드 상의 설정된 위치에 동시적으로 인쇄할 수 있고, 해당 구성물의 인쇄 속도가 빠르며 단일 주사기에서 다중 필라멘트 분출이 가능하고 원하는 다중 오리피스(이중 오리피스 또는 삼중 오리피스 등)로 용이하게 교체하여 사용할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 멀티 주사기로 연결된 회전식 인쇄 헤드가 있는 다중 필라멘트 압출 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 교체 가능한 노즐로 구성된 회전식 인쇄 헤드의 다중 필라멘트 주사기 압출 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 교체 가능한 노즐이 있는 다중 필라멘트 주사기 압출 시스템의 회전 운동을 나타낸 도면이다.
도 4는 회전하는 인쇄 헤드 내부에 확장 가능한 피스톤과 같은 구조를 가지고 있는 조절식 주사기 홀더를 나타낸 도면이다.
도 5는 회전하는 인쇄 헤드에 사용되는 다양한 유형의 주사기를 나타낸 도면이다.
도 6은 교체 가능한 노즐이 있는 넓은 목 주사기와 그 유형을 나타낸 도면이다.
도 7은 회전식 인쇄 헤드 시스템에 사용되는 다양한 유형의 주사기를 나타낸 도면이다.
도 8은 3중 오리피스를 가진 별 모양의 교체 가능한 노즐이 있는 넓은 목 주사기를 나타낸 도면이다.
도 9는 일반적인 3D 바이오 프린터 주사기의 새로운 어댑터를 나타낸 도면이다.
도 10은 3D 모델 및 3D 프린팅 하이드로겔 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 10에 있어서, 도 4와 같은 복수의 주사기 홀더(20)는 링 형상으로 형성되어 도 3과 같은 복수의 주사기(10)를 잡고 있는다.

연장길이 조절수단(22)은 일단부가 복수의 주사기 홀더(20)에 결합되고 타단부가 중앙축(30)과 결합된 상태에서 복수의 주사기 홀더(20)와 중앙축(30) 사이를 연장에 의해 연결하기 위한 암의 길이를 구경이 작은 파이프(22a)를 구경이 큰 파이프(22b)에 삽입하는 정도를 조절하는 방식으로 조절하여 복수의 주사기 홀더(20)가 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기(10)가 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 한다.

연장길이 조절수단(22)은 타단부가 중앙축(30)과 볼 베어링(24)에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

주사기(10)의 하단부에서 도 6과 같이 상부 링(14)과 하부 링(16)이 간격을 두고 결합되어 이루어지는 디스크 홀더(18)의 상부 링(14)과 하부 링(16) 사이에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐(12)이 교체 가능하도록 설치되는 것이 좋다.

주사기(10)의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 실린더형 노즐이 설치될 수 있다.

다중 오리피스를 형성하는 유출구의 모양은 별, 원 및 다각형을 포함한다.

도 1은 동시에 다수의 3D 구조물이 인쇄 가능한 공압 밸브에 연결된 멀티 주사기 홀더가 있는 회전형 인쇄 헤드를 나타낸다.

주사기 노즐의 X, Y, 및 Z 축의 움직임은 중앙축에서 직접 제어되고 있다. 중앙축은 컴퓨터의 G 코드로 작동하는 모터에 연결된다. G코드는 다중 필라멘트 압출 시스템에 대한 일부 수정사항과 함께 3D 디자인(.stl)에서 생성된다. 모든 주사기는 동일한 치수, 해상도 및 구조를 가진 구조물의 여러 사본을 인쇄하기 위하여 중앙축으로부터 동일한 거리만큼 떨어져 배치된다. 주사기 하단에 교체 가능한 디스크 또는 원통형 노즐을 도 1에서 확인 할 수 있다. 필라멘트 구조는 이러한 교체 가능한 노즐을 별, 육각형 등과 같은 다양한 디자인으로 변경이 가능하다. 또한, 도 1과 같이 중앙축이 X, Y, Z 축으로 이동할 수 있는 다중 구조 인쇄가 가능하다.(도 1 Position 1-4 참조) 각 주사기에는 자체 플런저(plunger)가 있으며 압출을 위해 공압 밸브에 연결된다. 튜브의 공기 압력은 다른 3D 인쇄 기계와 마찬가지로 공압 밸브와 압력 제어기로 제어된다. 주사기는 공기 및 기타 물질의 누출을 방지할 수 있는 특수 커넥터를 통해 공기 채널에 연결된다.

도 2와 같이 공압 밸브에 연결된 멀티 주사기 홀더가 있는 회전형 인쇄 헤드를 통한 동시 다발적으로 다른 재료를 사용하여 3D 구조물을 인쇄한다.

각 주사기에 다른 물질을 넣을 수 있다. 이러한 다양한 재료를 포함하는 구조는 다양한 재료가 필요한 단일 구조의 3D 인쇄 시, 활용될 수 있다. 그러나, 필요한 경우에는 다른 재료를 사용하여 여러 3D 구조를 인쇄할 수 도 있다. 추가적인 회전 클램프를 추가하여 주사기 수를 더 늘릴 수도 있다. 요구 사항에 따라 최소 2개에서 최대 8개의 주사기를 장착할 수 있다. 넓은 목 주사기 또는 좁은 목 주사기는 3D 구조의 요구 사항에 따라 사용될 수 있다. 넓은 목 주사기는 세포와 젤의 경우 선호되며, 좁은 목 주사기는 세포가 없는 다른 젤의 경우 이거나, 높은 해상도가 필요한 경우 선호된다. 주사기 홀더는 요구사항에 따라 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전할 수 있으며 중앙축에 연결된 제어 장치 모터에서 동작을 직접 제어할 수 있다.

도 3과 같이 주사기 홀더가 회전하면서 주사기가 새 위치로 완전히 이동하게 된다. 마찬가지로 주사기의 움직임도 제어 장치에서 컴퓨터를 통해 제어할 수 있다. 필요에 따라 회전 속도, 방향, 움직임이 수정 가능하다. 주사기마다 특정한 제어가 가능하고 주사기마다 다른 물질에 다른 힘을 가하도록 특정 공기압을 제어할 수도 있다. 예를 들어 살아있는 세포를 포함하는 주사기는 공력이 덜 필요한 반면 하이드로겔을 포함하는 나노입자는 점성이 커서 높은 압력을 필요로 할 수 있다. 따라서 각 주사기를 별도로 제어하는 것이 최적의 인쇄 해상도와 구조 충실도(shape fidelity)를 얻는 데 도움이 된다.

도 4를 참조하여 상술된 바와 같이 연장길이 조절수단(22)은 일단부가 복수의 주사기 홀더(20)에 결합되고 타단부가 중앙축(30)과 결합된 상태에서 복수의 주사기 홀더(20)와 중앙축(30) 사이를 연장에 의해 연결하기 위한 암의 길이를 구경이 작은 파이프(22a)를 구경이 큰 파이프(22b)에 삽입하는 정도를 조절하는 방식으로 조절하여 복수의 주사기 홀더(20)가 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 한다. 즉, 개별 주사기 홀더(20)를 필요에 따라 다른 위치로 이동할 수 있도록 제어할 수 있다. 주사기 수는 최대 8개까지 늘릴 수 있다. 또한 2개의 주사기만 필요한 경우 다른 주사기 홀더를 안으로 접을 수 있다. 주사기 홀더를 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 접는 것은 사용자의 필요에 따라 수정할 수 있다. 전체 시스템은 개별적으로 피스톤 모터에 연결되며 정확한 위치에 대한 컨트롤 유닛 및 센서를 사용하여 제어할 수 있다.

도 5와 같이 교체 가능한 디스크 노즐식 넓은 목형 멀티 필라멘트 주사기 및 교체 가능한 실린더형 노즐을 가진 좁은 목형 멀티 필라멘트 주사기를 포함하는 회전식 인쇄 헤드를 구현할 수 있다.

도 5a는 3중 출력 오리피스로 구성된 교체 가능한 디스크 노즐이 있는 넓은 목 주사기를 나타낸다. 디스크 노즐은 쉽게 제거가 가능하며 디스크 홀더 내부에 다시 설치할 수 있다. 디스크 홀더에는 실링 락(sealing lock)이 있어 디스크가 미끄러지는 것을 방지하고 내부에서 화합물이 누출되는 것을 막을 수 있다. 도 5a의 숫자는 다양한 재료가 포함된 주사기를 나타내며 이해를 위해 다양한 색상으로 표현되어 있다. 마찬가지로, 도 5b는 좁은 목을 가진 주사기와 삼중 출력 오리피스를 가진 교체 가능한 실린더형 노즐을 나타낸다. 필요에 따라 노즐의 크기와 길이는 변경이 가능하다. 더 높은 해상도의 인쇄를 위해 필라멘트의 해상도는 더 작은 크기의 오리피스를 가진 노즐로 변경함으로써 구현될 수 있다. 회전형 인쇄 헤드에 연결된 이 교체 가능한 노즐은 동일한 재료로 여러 개의 구조물을 인쇄할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 재료로 동일한 구조를 인쇄할 수도 있다.

도 6과 같이 빠른 인쇄와 높은 구조 충실도를 제공하기 위하여 다양한 오리피스를 선택해서 교체 가능한 디스크 노즐(12)로 구성된 멀티 필라멘트 주사기 압출 시스템을 구현할 수 있다.

도 6a에서 주사기 하단부에 있는 주사기 디스크 홀더(18)는 디스크 노즐(12)을 단단히 고정할 수 있으며 간단히 눌러 제거할 수 있는 타입의 잠금 장치만으로 다른 설계와 쉽게 교환할 수 있도록 되어 있다. 또한 디스크 홀더(18)는 재료의 누수 및 디스크 이탈을 방지하기 위해 정교하게 밀봉되어 있다. 도 6b는 다양한 적용방식을 위한 서로 다른 유형의 오리피스로 교체 가능한 디스크 노즐(12)의 디자인을 보여준다.

도 7a는 제한된 공간 내에서 머무는 시간을 줄이기 위해 넓은 목과 매우 얇은 디스크 노즐을 가진 주사기를 묘사하고 있다. 도 7b는 노즐 크기를 약간 증가시킨 넓은 목 주사기를 보여준다. 도 7 c와 d는 디스크 노즐이지만 목이 좁은 구멍을 나타낸다. 또한 도 7e와 f는 삼중 오리피스 구조를 가진 원통형의 긴 교체형 노즐을 보여준다. 도 7f는 오리피스와 그 위치들을 보여주기 위해 원형 원반과 원반의 다양한 면을 보여준다. 파란색, 보라색 괄호, 화살표는 길이와 폭의 차이를 나타낸다.

도 8과 같이 도 7의 설명과 유사하게, 굉장히 다양한 크기와 길이가 적용 가능하다.

도 9와 같이 보다 빠른 인쇄가 가능하도록 일반 바이오 프린터 주사기를 위한 이중 및 삼중 출력부 어댑터 노즐을 구현할 수 있다. 디스크 노즐과 마찬가지로 별, 정육면체 등과 같은 다양한 모양이 포함될 수 있다.

도 9와 같은 어댑터는 바늘 하단에 나사가 있는 일반 주사기에 사용할 수 있다. 사용자는 단일 출력부가 있는 오리피스에서 이 어댑터를 추가할 수 있으며, 설정이나 바이오 프린터의 변경 없이 더 빠른 인쇄를 할 수 있다.

본 발명에 따른 회전식 인쇄 헤드는 중앙축을 따라 회전하도록 설계된 금속으로 만들어진 다중 로브 플랫 구조의 볼 베어링으로 구성되어 있다. 주사기의 회전은 볼 베어링에 연결된 전기 모터를 통해 정밀하게 제어되며, 컴퓨터를 통해 작동된다. 주사기에는 새로운 교체형 디스크 노즐과 새로운 이중 또는 삼중 오리피스가 있어 단일 주사기에서 다중 필라멘트 분출이 가능하다. 본 발명은 교체 가능한 이중 또는 삼중 노즐을 통하여 각각 두세 개의 라인이나 필라멘트를 동시에 인쇄할 수 있다. 또한, 3D 구조의 구조 충실도(shape fidelity)를 높이기 위해 기존의 원통형 필라멘트와 달리, 별, 상자, 육각형 등 다양한 모양과 디자인의 필라멘트를 돌출시킬 수 있다. 이렇게 하면 대형 구조물을 인쇄하는 데 걸리는 시간이 최소 2배 이상 단축 가능하다. 또한 회전하는 인쇄 헤드는 동일한 설계, 해상도 및 구성으로 여러 구성물(복제물)을 동시에 인쇄할 수 있다. 주사기/노즐은 연성 고분자와 하이드로겔 전용으로 만들어 졌기 때문에 가열 세그먼트가 없지만, 다른 고분자를 인쇄하기 위한 가열 필라멘트를 주사기/노즐로 교체하는 것이 가능하다. 다중 필라멘트 주사기 압출 시스템을 갖춘 이 새로운 3D 바이오 프린터 회전 인쇄 헤드는 여러 복잡한 3D 장기 구조를 짧은 시간 내에 인쇄할 수 있다. 또한 이 방법은 간단한 개조를 통해 기존의 압출 기반 3D 바이오 프린터에도 적용시킬 수 있다.

도 10과 같이 기존 노즐에서는 하나의 필라멘트가 경로를 만들어 순차적으로 층이 추가되면서 3D 형태로 이어진다. 하이드로겔의 경우, 특히 3D 바이오 인쇄의 경우, 각 층이나 선을 인쇄하는 시간이 길어지게 되면 하이드로겔이 납작해지고 모양이 변한다. 돌출된 필라멘트의 원통 모양은 보통 바뀌며 대부분의 하이드로겔에서 평평해지기 마련이다. 이는 하이드로겔 3D 인쇄의 한계 중 하나이다. 특히 사람의 장기와 유사한 높은 구조 충실도의 대형 3D 구조에서는 더욱 그렇다. 그러나 오리피스가 여러 개일 경우 많은 필라멘트가 동시에 분출되므로 기존 노즐에서 요구하는 동일한 공간을 채우는 데 걸리는 시간이 단축된다. 이것은 결국 층이 미끄러지는 것을 줄이고 더 빨리 무너지거나 평평해지는 것을 방지한다. 또한 전체 인쇄 시간은 거의 3배나 단축된다. 이렇게 실제 3D 구조를 인쇄하는데 걸리는 시간이 줄어들면 3D 바이오 인쇄 공정에서 세포가 덜 죽게 된다.

또한 별, 정육면체 등과 같은 다양한 모양의 오리피스는 인쇄 후 층의 미끄러짐을 줄이는데 도움이 된다. 바이오 잉크의 특성은 바이오 인쇄 공정에 필수적 요소이지만 기계적 한계와 특성 또한 전반적인 인쇄 공정에 영향을 미친다.

이와 같은 본 발명은 복수의 주사기(10)를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더(20)가 연장길이 조절수단(22)을 통해 중앙축(30)과 결합된 상태에서 중앙축(30)을 따라 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 복수의 주사기(10)가 중앙축(30)을 따라 회전 가능하며 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 하고, 주사기(10)의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐(12)을 교체 가능하게 설치하도록 하기 때문에, 동일한 설계, 해상도 및 구성으로 여러 구성물을 인쇄 베드 상의 설정된 위치에 동시적으로 인쇄할 수 있고, 해당 구성물의 인쇄 속도가 빠르며 단일 주사기에서 다중 필라멘트 분출이 가능하고 원하는 다중 오리피스(이중 오리피스 또는 삼중 오리피스 등)로 용이하게 교체하여 사용할 수 있게 되는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10 : 주사기
12 : 디스크 노즐
14 : 상부 링
16 : 하부 링
18 : 디스크 홀더
20 : 주사기 홀더
22 : 연장길이 조절수단
22a: 구경이 작은 파이프
22b: 구경이 큰 파이프
24 : 볼 베어링
30 : 중앙축

Claims (5)

1. 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터로서,
   상기 회전식 인쇄 헤드는,
   링 형상으로 형성되어 복수의 주사기(10)를 잡고 있는 복수의 주사기 홀더(20); 및
   일단부가 상기 복수의 주사기 홀더(20)에 결합되고 타단부가 중앙축(30)과 결합된 상태에서 상기 복수의 주사기 홀더(20)와 상기 중앙축(30) 사이를 연장에 의해 연결하기 위한 암의 길이를 구경이 작은 파이프(22a)를 구경이 큰 파이프(22b)에 삽입하는 정도를 조절하는 방식으로 조절하여 상기 복수의 주사기 홀더(20)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 함에 따라 상기 복수의 주사기(10)가 상기 중앙축(30)을 중심으로 해서 회전 가능하며 상기 중앙축(30)과 멀어지거나 가까워지도록 하는 복수의 연장길이 조절수단(22);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연장길이 조절수단(22)은 상기 타단부가 상기 중앙축(30)과 볼 베어링(24)에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 주사기(10)의 하단부에서 상부 링(14)과 하부 링(16)이 간격을 두고 결합되어 이루어지는 디스크 홀더(18)의 상기 상부 링(14)과 상기 하부 링(16) 사이에 다중 오리피스가 형성된 디스크 노즐(12)이 교체 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 주사기(10)의 하단부에 다중 오리피스가 형성된 실린더형 노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 회전식 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 다중 오리피스를 형성하는 유출구의 모양은 별, 원 및 다각형을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드를 가진 3D 바이오 프린터.

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