CN104688383B - 一种3d打印机的旋转喷头装置 - Google Patents

Abstract

一种3D打印机的旋转喷头装置，包括具有旋转轴的旋转机构和以相同的径向距离连接在所述旋转轴上的多个喷头，所述旋转机构可带动所述多个喷头围绕所述旋转轴转动，所述旋转轴内设有对应于各喷头的多个打印材料输送管，各打印材料输送管从所述旋转轴内延伸出来并连接到各喷头。该装置不仅增加了喷头的数量和可选择性，还有效提高了喷头控制的灵活性。

Description

一种3D打印机的旋转喷头装置

技术领域

本发明涉及3D打印设备，特别是一种3D打印机的旋转喷头装置。

背景技术

3D打印技术进来发展迅猛，这其中包括生物3D打印技术，其是近些年发展起来的用于研究生物组织制造和研究的科研领域，是将工程技术应用到生物学科当中，实现不同学科的交叉融合，处于国际前沿研究领域。传统的3D打印机挤压喷头是固定直挤式。生物3D打印机对喷头的设计要求很高，因为这涉及到生物材料的细胞存活率和定型性质。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种3D打印机的旋转喷头装置，增加喷头数量和可选择性，并有效提高喷头控制的灵活性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种3D打印机的旋转喷头装置，包括具有旋转轴的旋转机构和以相同的径向距离连接在所述旋转轴上的多个喷头，所述旋转机构可带动所述多个喷头围绕所述旋转轴转动，所述旋转轴内设有对应于各喷头的多个打印材料输送管，各打印材料输送管从所述旋转轴内延伸出来并连接到各喷头。

进一步地：

所述旋转机构包括对应于各喷头的多个材料贮备腔，各打印材料输送管从所述旋转轴延伸出来连接到对应的材料贮备腔，所述材料贮备腔连接到对应的喷头。

在所述材料贮备腔和所述喷头之间设置有防过度挤压过渡管，所述防过度挤压过渡管在邻近所述喷头处形成材料输送通道的转折，所述转折将至少部分材料压力转移给所述旋转机构。

所述防过度挤压过渡管包括竖向延伸的第一细管、水平延伸的过渡腔以及竖向延伸的第二细管，所述第一细管的一端连接所述材料贮备腔的出口，所述第一细管的另一端连接所述过渡腔的一端的顶部入口，所述过渡腔的另一端的底部出口连接所述第二细管的一端，所述第二细管的另一端连接到所述喷头。

各材料贮备腔分别通过打印材料输送管辐条式地连接所述旋转轴内的各打印材料输送管，在各材料贮备腔的下方，各防过度挤压过渡管分别通过支撑辐条连接所述旋转轴的底部延伸段。

所述喷头上安装有温度检测器和温度调节器，所述温度检测器检测输送至所述喷头的打印材料的温度并反馈到控制端，所述控制端根据反馈的温度信号控制所述温度调节器进行温度调节，以使所述打印材料达到所需的温度。

所述温度检测器和所述温度调节器的电线顺着对应的所述防过度挤压过渡管、所述材料贮备腔、所述打印材料输送管走线进入所述旋转轴中，并从旋转轴的上端引出。

所述旋转机构经配置以使所述旋转轴可被驱动在水平的X向、Y向以及竖直的Z向上移动。

所述打印材料为生物材料。

所述多个喷头为按90度角等间隔设置的四个喷头。

本发明的有益效果：

根据本发明的旋转喷头装置，旋转机构可带动多个喷头围绕旋转轴转动，各打印材料输送管从旋转轴内延伸出来并连接到各喷头，通过旋转轴旋转可在打印过程中切换多个喷头，达到打印过程无缝切换材料的效果。

进一步地，提供X-Y-Z向的三轴运动的自由度，再利用喷头围绕旋转轴的旋转运动作为第四个运动自由度，显著增加了打印材料造型的灵活性和多样性。

进一步地，通过装在各喷头上的温度检测器和温度调节器，能够分别对不同打印材料进行温度检控，有效地满足了对于不同材料提供不同温度控制的要求。

本发明突破了喷头传统的形态结构，不仅为打印过程中喷头自由切换带来了方便，也有利于实现四个运动自由度，增加材料喷头数量的同时，有效提高喷头控制的灵活性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的3D打印机旋转喷头装置结构示意图；

图2a和图2b为图1中箱体9和导管8的内部结构示意图；

图3为图1中材料贮备腔2和防过度挤压过渡管3的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，根据本发明的实施例，一种3D打印机的旋转喷头装置包括具有旋转轴7的旋转机构和以相同的径向距离连接在旋转轴7上的多个喷头4，旋转机构可带动多个喷头4围绕旋转轴7转动，旋转轴7内设有对应于各喷头的多个打印材料输送管，各打印材料输送管从旋转轴7内延伸出来并连接到各喷头4。区别于以往单喷头或多喷头装置，本发明的实施例可在3D打印机上实现多喷头旋转切换、喷头旋转运动，在增加喷头数量的同时能有效提高喷头控制的灵活性。

如图1、图2a和图2b所示，以具有四个喷头的装置为例，旋转机构可以采用电机驱动方式，旋转机构包括固定在固定支架1上的箱体9，箱体9内部含有电机15和分别输入四种打印材料(如生物材料)的四个输入孔，四个输入孔分别连接旋转轴7内部的不同打印材料输送管。旋转轴7可套设在导管8内，导管8也固定在固定支架1。通过控制箱体9内部的电机9的旋转角度来控制位于下方的四喷头位置，能够实现对打印点进行喷头切换，达到多喷头无缝喷射的效果。控制系统(未图示)控制打印材料的挤压速率，并控制电机旋转角度及速率。

如图2a和图2b所示，优选实施例中，支撑轴基座12固定在箱体9中，旋转轴7以轴承连接13安装在支撑轴基座12上，支撑轴基座12上向旋转轴7侧方突出，且突出部向上延伸，突出部中容置电机15，电机15的输出轴通过电机齿轮14与安装在旋转轴7上的转轴齿轮11相互啮合。

如图1和图3所示，优选实施例中，旋转机构包括对应于各喷头4的多个材料贮备腔2，各打印材料输送管从旋转轴7延伸出来连接到对应的材料贮备腔2，材料贮备腔2连接到对应的喷头4。

更优选的实施例中，在材料贮备腔2和喷头4之间设置有防过度挤压过渡管3，防过度挤压过渡管3在邻近喷头4处形成材料输送通道的转折，转折将至少部分材料压力转移给旋转机构。

打印时，先将材料分别输送到相应喷头的材料贮备腔2内，再加上防过度挤压过渡管3的导管过渡，可有效滤除重力等因素对喷射材料产生的过度挤压。通过将材料内部的大量压力转移给旋转机构，可有效减轻材料因为过度挤压而产生的负作用。

如图3所示，优选实施例中，防过度挤压过渡管3包括竖向延伸的第一细管、水平延伸的过渡腔17以及竖向延伸的第二细管，第一细管的一端连接材料贮备腔2的出口，第一细管的另一端连接过渡腔17的一端的顶部入口，过渡腔17的另一端的底部出口连接第二细管的一端，第二细管的另一端连接到喷头4。通过第一细管、过渡腔17以及第二细管，使材料的输送通道实现了一次转折。

如图1所示，优选实施例中，各材料贮备腔2分别通过打印材料输送管10辐条式地连接旋转轴内的各打印材料输送管(未图示)。另外，在各材料贮备腔2的下方，各防过度挤压过渡管3可以分别通过支撑辐条连接旋转轴7的底部延伸段。

在一些优选的实施例中，喷头上安装有温度检测器5和温度调节器6，温度检测器5检测输送至喷头的打印材料的温度并反馈到控制系统，控制系统根据反馈的温度信号控制温度调节器6进行温度调节，以使相应的打印材料达到所需的温度。该设计可以实时地分别对四种不同的打印材料提供不同的温度控制。这特别有利于控制生物打印材料中细胞的成活率和生物材料喷出后的成型性质。通过分别对不同生物材料进行温度检控，可有效满足不同生物材料对不同成型温度的需求。

更优选的实施例中，温度检测器5和温度调节器6的电线顺着对应的防过度挤压过渡管3、材料贮备腔2、打印材料输送管10走线进入旋转轴7中，并从旋转轴7的上端引出。这种设计能够避免因为喷头的旋转而绕乱电线。

在一些优选的实施例中，除了可以使旋转轴旋转外，旋转机构还经配置以使得旋转轴可被驱动在水平的X向、Y向以及竖直的Z向上移动。例如，X-Y-Z三轴运动可以通过传动机构直接控制旋转轴移动，也可以通过控制固定支架1等的移动来承载旋转轴移动。

通过控制内部电机9的旋转角度来控制位于下方的喷头位置，能够实现对定点进行喷头切换，保证了不同材料打印的连贯性。通过旋转方法切换喷头，达到打印过程无缝切换材料的效果。将该装置应用在生物3D打印机上，在生物3D打印机X-Y-Z三轴运动的同时，还能累加上喷头的自转运动，增加了除X-Y-Z三轴之外的第四个运动自由度，这为生物材料造型提供更多的选择，有利于提高生物3D打印的灵活性和多样性。优选地，该装置的喷头旋转采用顺时针旋转和逆时针旋转交替进行，以避免因过度单方向旋转而致使材料输送导管过度缠绕。

实例一：

提供D推动信号，在喷头坐标(0,-1)处挤压D材料，若想在原轨迹不变情况下挤压C材料，可以停止D推动信号，提供旋转信号E，将C材料喷头顺时针旋转至(0,-1)坐标，提供C推动信号，挤压C材料，实现了无缝切换打印的效果。

实例二：

X-Y-Z三轴控制打印C材料，提供旋转信号E，使得喷头在X-Y-Z运动的同时累加上旋转运动，为该生物材料的打印提供了第四种运动方式，增加了生物材料造型的多样性。

实例三：

对四种生物材料分别需要实施温度监控，并且四种生物材料的温度要求各不相同，可以通过各自喷头处的温度检测器5传回的温度信息进行分析处理，通过温度控制器6控制相应材料的温度。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种3D打印机的旋转喷头装置，其特征在于,包括具有旋转轴的旋转机构和以相同的径向距离连接在所述旋转轴上的多个喷头，所述旋转机构可带动所述多个喷头围绕所述旋转轴转动，所述旋转轴内设有对应于各喷头的多个打印材料输送管，各打印材料输送管从所述旋转轴内延伸出来并连接到各喷头；所述旋转机构包括对应于各喷头的多个材料贮备腔，各打印材料输送管从所述旋转轴延伸出来连接到对应的材料贮备腔，所述材料贮备腔连接到对应的喷头；在所述材料贮备腔和所述喷头之间设置有防过度挤压过渡管，所述防过度挤压过渡管在邻近所述喷头处形成材料输送通道的转折，所述转折将至少部分材料压力转移给所述旋转机构；所述防过度挤压过渡管包括竖向延伸的第一细管、水平延伸的过渡腔以及竖向延伸的第二细管，所述第一细管的一端连接所述材料贮备腔的出口，所述第一细管的另一端连接所述过渡腔的一端的顶部入口，所述过渡腔的另一端的底部出口连接所述第二细管的一端，所述第二细管的另一端连接到所述喷头。

2.如权利要求1所述的旋转喷头装置，其特征在于,各材料贮备腔分别通过打印材料输送管辐条式地连接所述旋转轴内的各打印材料输送管，在各材料贮备腔的下方，各防过度挤压过渡管分别通过支撑辐条连接所述旋转轴的底部延伸段。

3.如权利要求1至2任一项所述的旋转喷头装置，其特征在于,所述喷头上安装有温度检测器和温度调节器，所述温度检测器检测输送至所述喷头的打印材料的温度并反馈到控制端，所述控制端根据反馈的温度信号控制所述温度调节器进行温度调节，以使所述打印材料达到所需的温度。

4.如权利要求3所述的旋转喷头装置，其特征在于,所述温度检测器和所述温度调节器的电线顺着对应的所述防过度挤压过渡管、所述材料贮备腔、所述打印材料输送管走线进入所述旋转轴中，并从旋转轴的上端引出。

5.如权利要求1至2任一项所述的旋转喷头装置，其特征在于,所述旋转机构经配置以使所述旋转轴可被驱动在水平的X向、Y向以及竖直的Z向上移动。

6.如权利要求1至2任一项所述的旋转喷头装置，其特征在于,所述打印材料为生物材料。

7.如权利要求1至2任一项所述的旋转喷头装置，其特征在于,所述多个喷头为按90度角等间隔设置的四个喷头。