CN106676654A - 一种3d打印精度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印精度控制系统，包括用于盛装熔融材料并产生射流的注射泵、接收所述注射泵产生的射流的打印板、用于在所述注射泵和打印板之间形成电场的电源件，以及设置在所述打印板上、用于检测纺丝电流值的电流计，和与所述电流计信号连接、用于根据其检测值控制所述电源件输出电压的控制器。本发明所公开的3D打印精度控制系统，通过电流计实时检测静电纺丝的电流值，并将其反馈给控制器，通过控制器控制电源件的输出电压，达到调节静电纺丝电流值的目的，使得静电纺丝电流值处于预设范围内，并且整体形成闭环控制，控制精度进一步提高。相比于现有技术，本发明能够提高生物支架打印精确度。

Description

一种3D打印精度控制系统

技术领域

本发明涉及组织工程技术领域，特别涉及一种3D打印精度控制系统。

背景技术

自组织工程的概念被提出后，随着静电纺丝的理论不断地被完善丰富，纺丝技术不断地得到改进，生物学家越发地坚定未来的器官组织移植的源少排斥反应大等难题将会由人造的无毒无排斥反应的组织器官解决。

组织工程的原理为：从机体获取少量的活体组织，用特殊的酶或其他方法将细胞(又称种子细胞)从组织中分离出来在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料(支架)按一定的比例混合，使细胞黏附在生物材料(支架)上形成细胞-材料复合物。将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的。

生物材料支架所形成的三维结构不但为细胞获取营养、生长和代谢提供了一个良好的环境。组织工程学的发展提供了一种组织再生的技术手段，将改变外科传统的“以创伤修复创伤”的治疗模式，迈入无创伤修复的新阶段。所谓的组织工程的三要素或四要素，主要包括种子细胞、生物材料、细胞与生物材料的整合以及植入物与体内微环境的整合。

支架在组织工程中有着至关重要的作用，需具备以下几个特点：

(1)具有较高的孔隙率和内部连通的三维网状结构，可以为细胞的黏附提供支撑点，并便于营养物质和代谢废物的运输；(2)具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工为三维结构；(3)具有适当的表面化学性质，以利于细胞的黏附、增殖、分化；(4)可根据不同组织的要求，调控合适的力学性能。

目前，常用的组织工程细胞支架制备工艺组要分为致孔法和冷冻干燥技术和静电纺丝工艺三大类。前两种均为通过平面培养组织细胞，具有较高的培养失败率与不可以移植性。而传统的溶液电纺制备的生物支架存在着有毒溶剂残留和回收成本高等问题限制了其在生物医学领域的应用。

近年来，熔融电纺被看作最理想的生物支架制作方法，原因在于其无毒性以及理论上纤维的直径的可控性。然而，静电纺丝在打印生物支架时，生物支架要求结构精细度较高，静电纺丝受电流或电压等因素的影响较大，容易造成打印精确度较低的问题。

因此，如何提高生物支架打印精确度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印精度控制系统，能够提高生物支架打印精确度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印精度控制系统，包括用于盛装熔融材料并产生射流的注射泵、接收所述注射泵产生的射流的打印板、用于在所述注射泵和打印板之间形成电场的电源件，以及设置在所述打印板上、用于检测纺丝电流值的电流计，和与所述电流计信号连接、用于根据其检测值控制所述电源件输出电压的控制器。

优选地，还包括用于检测环境温度和环境湿度的温湿度传感器，且所述温湿度传感器与所述控制器信号连接，以使其修正对所述电源件的输出电压控制值。

优选地，还包括与所述注射泵保持相对静止、用于获取所述注射泵的喷嘴处的射流形态变化的图像采集器。

优选地，所述图像采集器具体为摄像机。

优选地，还包括与所述图像采集器信号连接、用于放大显示其所采集到的图像的显示器。

优选地，所述电源件内设置有用于根据所述控制器的控制信号调节输出电压档位的电位器。

本发明所提供的3D打印精度控制系统，主要包括注射泵、打印板、电源件、电流计和控制器。其中，注射泵主要用于盛装熔融材料，并且在作业时产生带电的射流。打印板一般设置在注射泵的下方，主要用于接收注射泵产生的射流，以便射流在其表面成型。电源件同时与注射泵和打印板相连，主要用于同时对注射泵和打印板赋予相反的极性，从而在注射泵和打印板之间形成定向电场，使得注射泵上形成的带电射流受到电场力而产生定向移动。电流计设置在打印板上，主要用于将射流引入检测电路，从而检测射流在激发状态(即在电场中定向移动时)下的电流值，即静电纺丝电流值。控制器与电流计信号连接，主要用于根据电流计的检测值控制电源件的输出电压，从而通过调节输出电压的方式调节静电纺丝电流，使得静电纺丝电流处于预设范围内。一般的，注射泵和打印板之间的电压与静电纺丝的电流呈正相关，即只需控制电源件的输出电压大小，即可同步调节静电纺丝的电流大小。如此，本发明所提供的3D打印精度控制系统，通过电流计实时检测静电纺丝的电流值，并将其反馈给控制器，通过控制器控制电源件的输出电压，达到调节静电纺丝电流值的目的，使得静电纺丝电流值处于预设范围内，并且整体形成闭环控制，控制精度进一步提高。相比于现有技术，本发明能够提高生物支架打印精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

其中，图1中：

注射泵—1，打印板—2，电源件—3，电流计—4，控制器—5，温湿度传感器—6，图像采集器—7，显示器—8，电位器—9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，3D打印精度控制系统主要包括注射泵1、打印板2、电源件3、电流计4和控制器5。

其中，注射泵1主要用于盛装熔融材料，并且在作业时产生带电的射流。打印板2一般设置在注射泵1的下方，主要用于接收注射泵1产生的射流，以便射流在其表面成型。一般的，注射泵1可垂直于打印板2设置。

电源件3同时与注射泵1和打印板2相连，主要用于同时对注射泵1和打印板2赋予相反的极性，从而在注射泵1和打印板2之间形成定向电场，使得注射泵1上形成的带电射流受到电场力而产生定向移动。

电流计4设置在打印板2上，主要用于将射流引入检测电路，从而检测射流在激发状态(即在电场中定向移动时)下的电流值，即静电纺丝电流值。具体的，电流计4可以镶嵌在打印板2的表面上，以便顺利引入纺丝电流。控制器5与电流计4信号连接，主要用于根据电流计4的检测值控制电源件3的输出电压，从而通过调节输出电压的方式调节静电纺丝电流，使得静电纺丝电流处于预设范围内。一般的，注射泵1和打印板2之间的电压与静电纺丝的电流呈正相关，即只需控制电源件3的输出电压大小，即可同步调节静电纺丝的电流大小。

如此，本发明所提供的3D打印精度控制系统，通过电流计4实时检测静电纺丝的电流值，并将其反馈给控制器5，通过控制器5控制电源件3的输出电压，达到调节静电纺丝电流值的目的，使得静电纺丝电流值处于预设范围内，并且整体形成闭环控制，控制精度进一步提高。相比于现有技术，本发明能够提高生物支架打印精确度。

另外，考虑到静电纺丝在打印板2上成型时，受环境因素影响也较大，为此，本实施例中增设了温湿度传感器6。具体的，该温湿度传感器6主要用于检测静电纺丝周围环境的温度和湿度情况，并且温湿度传感器6与控制器5信号连接，以将其检测到的温度和湿度值发送给控制器5，以使控制器5修正对电源件3的输出电压控制值。当然，对静电纺丝造成影响的环境因素并不仅限于温度和湿度，其余比如风速等同样存在影响，为此，本实施例中还可增设风速传感器等对应环境因素的传感器，同样将其与控制器5相连，为控制器5对电源件3的输出电压控制值增加修正量。

不仅如此，静电纺丝打印生物支架时，要求生物支架的内部结构精细、误差低，因此，静电纺丝在激发过程中的运动形态同样影响打印精度。针对此，本实施例中增设了图像采集器7。该图像采集器7与注射泵1保持相对静止(注射泵1可能自转)，主要用于获取注射泵1的喷嘴处的射流形态变化的图像，比如，图像采集器7具体可为高速摄像机、摄像头、录像机。在静电纺丝打印设备运行作业时，图像采集器7实时跟踪注射泵1的喷嘴，采集射流形态变化，为人工控制参数提供依据。比如射流形态变化异常时，可暂停注射泵1，修整后再次进行作业。

进一步的，为使技术工人及时、清楚地获悉射流的情况，本实施例中增设了显示器8。该显示器8与图像采集器7信号连接，能够将图像采集器7所采集到的射流形态变化图像进行放大并显示。

在关于控制器5调节电源件3的输出电压的一种优选实施例中，可在电源件3内增设电位器9，该电位器9的作用类似滑动变阻器，通过改变自身电阻值与受控元件间的电阻值的比例改变电源件3的输出电压。具体的，该电位器9的调节档位与控制器5信号连接，即控制器5可通过调节电位器9的档位来调节电源件3的输出电压。当然，通过控制器5调节电源件3输出电压的方式并不仅限于上述电位器9档位调节方式，其余比如通过控制器5调节变压器匝数比等方式同样可行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种3D打印精度控制系统，其特征在于，包括用于盛装熔融材料并产生射流的注射泵(1)、接收所述注射泵(1)产生的射流的打印板(2)、用于在所述注射泵(1)和打印板(2)之间形成电场的电源件(3)，以及设置在所述打印板(2)上、用于检测纺丝电流值的电流计(4)，和与所述电流计(4)信号连接、用于根据其检测值控制所述电源件(3)输出电压的控制器(5)。

2.根据权利要求1所述的3D打印精度控制系统，其特征在于，还包括用于检测环境温度和环境湿度的温湿度传感器(6)，且所述温湿度传感器(6)与所述控制器(5)信号连接，以使其修正对所述电源件(3)的输出电压控制值。

3.根据权利要求2所述的3D打印精度控制系统，其特征在于，还包括与所述注射泵(1)保持相对静止、用于获取所述注射泵(1)的喷嘴处的射流形态变化的图像采集器(7)。

4.根据权利要求3所述的3D打印精度控制系统，其特征在于，所述图像采集器(7)具体为摄像机。

5.根据权利要求4所述的3D打印精度控制系统，其特征在于，还包括与所述图像采集器(7)信号连接、用于放大显示其所采集到的图像的显示器(8)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的3D打印精度控制系统，其特征在于，所述电源件(3)内设置有用于根据所述控制器(5)的控制信号调节输出电压档位的电位器(9)。