CN108673891B - 便携式生物3d打印机的多流道喷头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式生物3D打印机的多流道喷头结构，包括带有若干个贮液仓的喷头外壳、步进电机、喷头顶板、橡胶头、无刷电机支架、无刷电机、旋转头和喷嘴；贮液仓、流道和喷头外壳为一体化设计，避免了因为对中而带来的精度问题，减少了机械结构的连接，也就减少了机械状态的不稳定性和误差，同时降低了生产成本，便于批量化生产。本发明利用气体来推动溶液的挤出，因而只需使用一个步进电机来推动橡胶头(活塞)即可，避免了多个电机的使用而造成装置结构的复杂化，利用无刷电机来进行贮液仓的选取，结构精巧简单。

Description

便携式生物3D打印机的多流道喷头结构

技术领域

本发明属于3D打印机喷头结构设计技术领域，具体涉及一种便携式生物3D打印机的多流道喷头结构。

背景技术

3D打印，是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

3D生物打印机则是一种能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的装备。这一概念是在2000年由美国一些大学教授所提出的。2010年，Organovo公司推出了可以帮助用户制造生物组织用于研究和开发的3D生物打印机。

然而现有市面上的可更换喷头的打印机大多都是圆盘式更换喷头装置，该装置存在以下几点缺陷：

(1)该装置占用了大量的空间，体积较大，不满足便携的要求；

(2)喷头与外壳装置连接时涉及到对中的问题，需要装置有较高的精度和灵敏度，同时要增加反馈校正环节，也进一步增加了装置的复杂程度。

(3)此类打印机大量使用同步带传动，随着时间的增加，同步带易产生诸如齿面磨损或弯折失效等危害，这都对打印的精度有较大的损害。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的缺陷，为了解决机械装置存在的对中误差，以及体积过大问题，提出一种便携式生物3D打印机的多流道喷头结构。

本发明是通过下述技术方案实现的：

本发明的便携式生物3D打印机的多流道喷头结构包括带有若干个贮液仓的喷头外壳、步进电机、喷头顶板、橡胶头、无刷电机支架、无刷电机、旋转头和喷嘴；

所述的橡胶头、无刷电机支架、无刷电机、旋转头均设置在喷头外壳内部，贮液仓位于喷头外壳下部，喷头顶板位于喷头外壳顶部，喷嘴位于喷头外壳底端；步进电机设置在喷头顶板上，步进电机驱动橡胶头在喷头外壳内上下移动，无刷电机支架位于橡胶头下部，无刷电机设置在无刷电机支架上，旋转头位于贮液仓上部，且由无刷电机驱动旋转，若干个贮液仓的底端与喷嘴连通；所述的旋转头为带有扇形开槽的旋转圆片。

优选的，所述的无刷电机支架为镂空结构，所述的无刷电机支架上设有若干均匀布置的通气孔。

优选的，所述的无刷电机支架位于橡胶头行程下限位置的下方。

优选的，所述的步进电机输出端与丝杠相连，所述的橡胶头上设有与丝杠配合的螺纹，通过丝杠旋转驱动橡胶头上下移动，优选的，所述的橡胶头与喷头外壳内壁通过凹槽和凸起结构连接，凹槽和凸起相互卡扣用于约束橡胶头不发送旋转，只能上下移动。

优选的，所述的若干贮液仓均布在圆周方向上，所述的贮液仓为喷头外壳内部的中空腔室，贮液仓及其流道和整个外壳组成一个整体，一体化成型。

优选的，所述的喷头外壳底部呈倒锥形，喷嘴位于锥尖，喷嘴通过内部流道与贮液仓相连。

优选的，所述的旋转头开槽边缘贴有密封用的橡胶条。优选的，所述的旋转头开槽角度小于相邻两个贮液仓之间的角度，开槽大于贮液仓横截面。

本发明与现有的生物3D打印机打印模块相比具有以下优点：

(1)体积小，可以应用在便携式生物3D打印机上。

(2)避免了因为对中而带来的精度问题。因为贮液仓、流道和喷头外壳为一体化设计，因此就不涉及到更换喷头时，所面临的喷头与贮液仓无法对齐的问题。减少了机械结构的连接，也就减少了机械状态的不稳定性和误差，同时降低了生产成本，便于批量化生产。

(3)利用气体来推动溶液的挤出，因而只需使用一个步进电机来推动活塞即可，避免了多个电机的使用而造成装置结构的复杂化，利用无刷电机来进行贮液仓的选取，结构精巧简单。

附图说明

图1为本发明便携式生物3D打印机的多流道喷头结构的示意图。

图2为喷头整体外观图；

图3多流道喷头外壳俯视图。

1—步进电机，2—喷头顶板，3—橡胶头，4—无刷电机支架，5—无刷电机，6—旋转头，7—喷头外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施方式作出详细的说明：

如图1-3所示，本发明的便携式生物3D打印机的多流道喷头结构包括带有若干个贮液仓7的喷头外壳、步进电机1、喷头顶板2、橡胶头3、无刷电机支架4、无刷电机5、旋转头6和喷嘴；

所述的橡胶头3、无刷电机支架4、无刷电机5、旋转头6均设置在喷头外壳内部，贮液仓7位于喷头外壳下部，喷头顶板2位于喷头外壳顶部，喷嘴位于喷头外壳底端；步进电机1设置在喷头顶板2上，步进电机1驱动橡胶头3在喷头外壳内上下移动，无刷电机支架4位于橡胶头3下部，无刷电机5设置在无刷电机支架4上，旋转头6位于贮液仓7上部，且由无刷电机5驱动旋转，若干个贮液仓7的底端与喷嘴连通；所述的旋转头6为带有扇形开槽的旋转圆片。

在本发明的一个具体实施例中，所述的无刷电机支架4为镂空结构，所述的无刷电机支架4上设有若干均匀布置的通气孔。

在本发明的一个具体实施例中，所述的无刷电机支架4位于橡胶头3行程下限位置的下方。

在本发明的一个具体实施例中，所述的步进电机1输出端与丝杠相连，所述的橡胶头3上设有与丝杠配合的螺纹，通过丝杠旋转驱动橡胶头3上下移动，优选的，所述的橡胶头3与喷头外壳内壁通过凹槽和凸起结构连接，凹槽和凸起相互卡扣用于约束橡胶头3不发送旋转，只能上下移动。

在本发明的一个具体实施例中，所述的若干贮液仓7均布在圆周方向上，所述的贮液仓为喷头外壳内部的中空腔室，贮液仓及其流道和整个外壳组成一个整体，一体化成型，增加了整体结构的可靠性，避免了因为连接而造成的位置误差、配合误差；可以通过冲压、铸模、打孔或3D打印等方式制造。

在本发明的一个具体实施例中，所述的喷头外壳底部呈倒锥形，喷嘴位于锥尖，喷嘴通过内部流道与贮液仓7相连。进一步的，所述的各个流道上设有单向流动开关，所述的单向流动开关用于避免逆流，其结构可以为只能朝流体运动方向打开的小圆片逆流时，圆片被设置在流道内的小挡块挡住，从而堵塞流道，且带复位装置如弹簧。

在本发明的一个具体实施例中，旋转头与贮液仓之间的间隙较小，旋转头下部贴有密封用的橡胶条，可以避免气体通过间隙进入其他的贮液仓。所述的旋转头扇形开槽角度小于相邻两个贮液仓之间的角度，开槽大于贮液仓横截面，避免因扇形开槽的过大过小导致密封不严。

在本发明的一个具体实施例中，所述的步进电机为42步进电机，所述的贮液仓7为3个，所述的无刷电机的支架上有9个通气孔，所述的旋转头设有90度开槽，因为此喷头将3个贮液仓都集中于喷头内部，避免了使用更换喷头的复杂结构。喷头直径为70mm，z轴长度为190mm。紧凑的结构增加了此打印模块的适用性。使用时，3个贮液仓分别放有不同的细胞溶液，控制无刷电机5的旋转，使得旋转头6的开槽对准其中一个贮液仓，然后驱动42步进电机1，推动橡胶头向下运动，橡胶头和贮液仓之间的气体被压缩，将贮液仓内的溶液挤出。

当要打印其他贮液仓的溶液时，旋转无刷电机5，使得旋转头6对准下一个贮液仓，再次用步进电机推动橡胶头即可。

Claims (2)

1.一种便携式生物3D打印机的多流道喷头结构，其特征在于包括带有若干个贮液仓的喷头外壳、步进电机、喷头顶板、橡胶头、无刷电机支架、无刷电机、旋转头和喷嘴；

所述的橡胶头、无刷电机支架、无刷电机、旋转头均设置在喷头外壳内部，贮液仓位于喷头外壳下部，喷头顶板位于喷头外壳顶部，喷嘴位于喷头外壳底端；步进电机设置在喷头顶板上，步进电机驱动橡胶头在喷头外壳内上下移动，无刷电机支架位于橡胶头下部，且位于橡胶头行程下限位置的下方，无刷电机设置在无刷电机支架上，旋转头位于贮液仓上部，且由无刷电机驱动旋转，若干个贮液仓的底端与喷嘴连通；所述的旋转头为带有扇形开槽的旋转圆片；所述的旋转头开槽边缘贴有密封用的橡胶条，所述的旋转头开槽角度小于相邻两个贮液仓之间的角度，开槽大于贮液仓横截面；

所述的步进电机输出端与丝杠相连，所述的橡胶头上设有与丝杠配合的螺纹，通过丝杠旋转驱动橡胶头上下移动；

所述的若干贮液仓均布在圆周方向上，所述的贮液仓为喷头外壳内部的中空腔室，贮液仓及其流道和整个喷头外壳组成一个整体，一体化成型；

所述的橡胶头与喷头外壳内壁通过凹槽和凸起结构连接，凹槽和凸起相互卡扣限制橡胶头旋转动；所述的喷头外壳底部呈倒锥形，喷嘴位于锥尖，喷嘴通过内部流道与贮液仓相连。

2.根据权利要求1所述的便携式生物3D打印机的多流道喷头结构，其特征在于所述的无刷电机支架为镂空结构，所述的无刷电机支架上设有若干均匀布置的通气孔。