CN110239096B - 挤出式生物3d打印喷头 - Google Patents

Abstract

挤出式生物3D打印喷头，涉及3D打印技术领域。本发明是为了解决现有生物3D打印机喷头不易拆卸、无法再利用，且打印多种材料时效率低的问题。本电机12能够通过联轴器带动旋转阀旋转，旋转阀的内部流道出口与打印喷嘴的进料口相连通，旋转阀坐落在旋转阀安装孔内，当旋转阀旋转时其流道入口能够依次与n个出料口相连通，连接板外侧设有磁性板，喷头安装座的安装面上设有电磁铁，当电磁铁失电时，磁性板能够与电磁铁相互吸合、使得挤出式生物3D打印喷头能够固定在喷头安装座上。本发明增大了挤压式喷头标准化的可能性，适用于任何3D打印领域中。

Description

挤出式生物3D打印喷头

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及3D打印机的喷头。

背景技术

3D打印机是近些年来快速兴起的成型设备，其中生物3D打印机的研制更是3D打印装备领域中极具发展前景的一个方向。生物器官或组织是由多种细胞组成并且具有复杂微观结构的三维结构体，生物3D打印机能够在生物组织工程、再生医学以及药物开发等领域，提供专业的、可定制化的、突破性的综合解决方案，因此，生物3D打印的多材料化发展为大势所趋。在技术不断发展成熟的进程中，三维生物打印技术克服了传统组织工程技术的局限性，不但可构建形态、结构复杂的组织工程支架，而且可实现不同密度的种子细胞在不同支架材料中的三维精确定位。

现有的多数打印平台仅能够打印单一材料，这些打印机存在打印喷头不易更换、清洗及打印前准备时间过久等问题。喷头的无法简易拆卸，降低了复杂组织打印的效率及打印平台的可靠性。再者，行业上并无标准化的打印平台与打印喷头，如打印机喷头损坏，则只能维修而无法更换，当遇到技术升级时就只能再制造一台，无法重复使用。

而在打印多种材料时，往往会采用一个打印平台阵列式搭载打印喷头，这种设计在打印多材料的喷头切换过程中，由于执行喷头需移动一定的距离才能继续打印，故而存在重复定位引起的精度差、打印时间长、打印步骤多效率低、机器体积大等缺点。

发明内容

本发明是为了解决现有生物3D打印机喷头不易拆卸、无法再利用，且打印多种材料时效率低的问题，现提供挤出式生物3D打印喷头。

挤出式生物3D打印喷头，包括喷头架体，所述喷头架体包括料筒定位板19、转接座15和连接板，料筒定位板19与转接座15相互平行、且二者之间的距离小于料筒5的长度，连接板位于料筒定位板19和转接座15的一侧、并用于将二者固定连接，料筒定位板19上开有料筒定位孔191，料筒定位孔191用于插接料筒5、且料筒5的底端能够坐落在转接座15上，转接座15的下表面设有打印喷嘴6，转接座15内部开有物料通道，

挤出式生物3D打印喷头还包括电机12、联轴器13和旋转阀14，电机12的输出轴通过联轴器13与旋转阀14的顶端连接件16相连，使得电机12能够通过联轴器13带动旋转阀14旋转，旋转阀14的内部开有流道，流道的一个端口位于旋转阀14的侧壁、作为旋转阀14的物料接口17，流道的另一个端口位于旋转阀14的底端、作为旋转阀14的喷嘴接口18，

转接座15表面开有旋转阀安装孔，旋转阀14坐落在该旋转阀安装孔内、且旋转阀14的外壁与旋转阀安装孔的内壁紧密接触，喷嘴接口18与打印喷嘴6的进料口相连通，

料筒定位板19的数量和转接座15内部物料通道的数量均为n，n为大于等于2的正整数，n个物料通道的出料口均位于转接座15的旋转阀安装孔的内壁上、且所有出料口均位于同一平面，当旋转阀14旋转时、其物料接口17能够依次与n个出料口相连通，物料通道的进料口用于与料筒5的出料口连通，

连接板外侧设有磁性板10，喷头安装座1的安装面上设有电磁铁2，当电磁铁2失电时，磁性板10能够与电磁铁2相互吸合、使得挤出式生物3D打印喷头能够固定在喷头安装座1上。

上述挤出式生物3D打印喷头还包括工业相机11，工业相机11固定在喷头安装座1的底部，用于拍摄打印过程。

上述连接板外侧还设有定位块9，喷头安装座1的安装面上还设有定位槽8，当挤出式生物3D打印喷头固定在喷头安装座1上时，定位块9能够嵌入定位槽8中。

具体的，定位块9和定位槽8均为V形。

上述喷头架体上设有温度传感器4，温度传感器4用于采集打印材料的温度。

具体的，喷头架体上设有半导体温控片7，半导体温控片7用于调整打印材料的温度。半导体温控片7为半导体制冷片。它还包括水冷散热片，水冷散热片与半导体制冷片相贴。

本发明所述的挤出式生物3D打印喷头，属于生物工程领域中的增材制造技术，也可称为“三维打印”或“增材制造”。将温控、料筒切换、定位、打印及观测功能集成于3D生物打印喷头实现模块化。其中，失电型电磁铁能够使喷头在打印平台上夹紧，实现快速拆装；定位块和定位槽的配合结构实现定位；旋转阀能够控制打印材料的切换，提高打印效率。基于以上结构，本发明增大了挤压式喷头标准化的可能性，适用于任何3D打印领域中。

附图说明

图1为挤出式生物3D打印喷头固定在安装座上时的结构示意图；

图2为挤出式生物3D打印喷头的内部结构示意图；

图3为旋转阀的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至3具体说明本实施方式，本实施方式所述的挤出式生物3D打印喷头，包括喷头架体，所述喷头架体包括料筒定位板19、转接座15和连接板，料筒定位板19与转接座15相互平行、且二者之间的距离小于料筒5的长度，连接板位于料筒定位板19和转接座15的一侧、并用于将二者固定连接，料筒定位板19上开有料筒定位孔191，料筒定位孔191用于插接料筒5、且料筒5的底端能够坐落在转接座15上，转接座15的下表面设有打印喷嘴6，转接座15内部开有物料通道，

挤出式生物3D打印喷头还包括电机12、联轴器13和旋转阀14，电机12的输出轴通过联轴器13与旋转阀14的顶端连接件16相连，使得电机12能够通过联轴器13带动旋转阀14旋转，旋转阀14的内部开有流道，流道的一个端口位于旋转阀14的侧壁、作为旋转阀14的物料接口17，流道的另一个端口位于旋转阀14的底端、作为旋转阀14的喷嘴接口18，

转接座15表面开有旋转阀安装孔，旋转阀14坐落在该旋转阀安装孔内、且旋转阀14的外壁与旋转阀安装孔的内壁紧密接触，喷嘴接口18与打印喷嘴6的进料口相连通，

料筒定位板19的数量和转接座15内部物料通道的数量均为3个，3个物料通道的出料口均位于转接座15的旋转阀安装孔的内壁上、且所有出料口均位于同一平面，当旋转阀14旋转时、其物料接口17能够依次与3个出料口相连通，物料通道的进料口用于与料筒5的出料口连通，

连接板外侧设有磁性板10，喷头安装座1的安装面上设有电磁铁2，当电磁铁2失电时，磁性板10能够与电磁铁2相互吸合、使得挤出式生物3D打印喷头能够固定在喷头安装座1上。

电磁铁2为失电型磁铁，在安装喷头与喷头安装座1的安装过程中，手动关闭电源开关3，使得电磁铁2失电产生磁力。此时就直接能够将打印喷头通过磁性板10吸合在喷头安装座1上，实现快速手动定位夹紧。开启电源开关3，电磁铁2失去磁性，此时可以快速卸下打印喷头。打印喷头便于拆卸，能够反复利用。

本实施方式中，将料筒5的底端穿过料筒定位孔191并使其坐落在转接座15上，完成3个料筒5的安装，3个料筒5分别与3个物料通道一一对应，每个料筒5的出料口与其对应的物料通道进料口连通。在3D生物打印过程中，根据材料的需要，驱动电机12带动旋转阀14旋转，使物料接口17对应到相应的物料通道出口，料筒5顶端连接气泵，打印材料在气动的挤出作用下，由料筒5经过物料通道进入旋转阀14的流道中，继而经过打印喷嘴6打印出来。在打印过程中，通过控制旋转阀14朝向不同的物料通道，可反复切换并打印不同的材料，打印过程中省去了更换打印材料及喷头的时间，使得打印效率得到提高。实际应用时，通过气泵的压力调节，还可控制打印材料的挤出速度。

同时，所述打印喷头还包括工业相机11，工业相机11固定在喷头安装座1的底部，通过工业相机11实时观测打印材料从打印喷嘴6成型到基底的打印过程，通过记录可探究打印过程的机理，优化打印质量。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的挤出式生物3D打印喷头的进一步限定，本实施方式中，连接板外侧还设有V形定位块9，喷头安装座1的安装面上还设有V形定位槽8，当挤出式生物3D打印喷头固定在喷头安装座1上时，定位块9能够嵌入定位槽8中。

本实施方式中，定位块9与定位槽8相互配合，二者能够在V形的两条边实现两轴定位，再加上具体实施方式一种喷头安装座1与打印喷头的吸合夹紧，又实现了一轴的定位，共同构成三轴定位。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的挤出式生物3D打印喷头的进一步限定，本实施方式中，喷头架体上设有温度传感器4，温度传感器4用于采集打印材料的温度。喷头架体上设有半导体温控片7，半导体温控片7用于调整打印材料的温度。它还包括水冷散热片，水冷散热片与半导体制冷片相贴，以疏导制冷片另一端产热。

具体的，半导体温控片7为半导体制冷片。

本实施例中可以对打印材料的温度进行控制，半导体温控片7具有吸热、放热功能。温度传感器4能够实时采集打印材料腔体的温度，二者构成闭环反馈系统使打印喷头内的温度恒定在一个范围内。通过本实施方式，可根据不同材料对打印粘度的要求进行不同的温度设定，需根据材料的粘温特性曲线，通过温度改变调整不同打印材料的粘度值。

Claims (8)

1.挤出式生物3D打印喷头，包括喷头架体，所述喷头架体包括料筒定位板(19)、转接座(15)和连接板，料筒定位板(19)与转接座(15)相互平行、且二者之间的距离小于料筒(5)的长度，连接板位于料筒定位板(19)和转接座(15)的一侧、并用于将二者固定连接，料筒定位板(19)上开有料筒定位孔(191)，料筒定位孔(191)用于插接料筒(5)、且料筒(5)的底端能够坐落在转接座(15)上，转接座(15)的下表面设有打印喷嘴(6)，转接座(15)内部开有物料通道，

其特征在于，挤出式生物3D打印喷头还包括电机(12)、联轴器(13)和旋转阀(14)，电机(12)的输出轴通过联轴器(13)与旋转阀(14)的顶端连接件(16)相连，使得电机(12)能够通过联轴器(13)带动旋转阀(14)旋转，旋转阀(14)的内部开有流道，流道的一个端口位于旋转阀(14)的侧壁、作为旋转阀(14)的物料接口(17)，流道的另一个端口位于旋转阀(14)的底端、作为旋转阀(14)的喷嘴接口(18)，

转接座(15)表面开有旋转阀安装孔，旋转阀(14)坐落在该旋转阀安装孔内、且旋转阀(14)的外壁与旋转阀安装孔的内壁紧密接触，喷嘴接口(18)与打印喷嘴(6)的进料口相连通，

料筒定位板(19)的数量和转接座(15)内部物料通道的数量均为n，n为大于等于2的正整数，n个物料通道的出料口均位于转接座(15)的旋转阀安装孔的内壁上、且所有出料口均位于同一平面，当旋转阀(14)旋转时、其物料接口(17)能够依次与n个出料口相连通，物料通道的进料口用于与料筒(5)的出料口连通，

连接板外侧设有磁性板(10)，喷头安装座(1)的安装面上设有电磁铁(2)，电磁铁(2)为失电型磁铁，当电磁铁(2)失电时，磁性板(10)能够与电磁铁(2)相互吸合、使得挤出式生物3D打印喷头能够固定在喷头安装座(1)上。

2.根据权利要求1所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，它还包括工业相机(11)，工业相机(11)固定在喷头安装座(1)的底部，用于拍摄打印过程。

3.根据权利要求1或2所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，连接板外侧还设有定位块(9)，喷头安装座(1)的安装面上还设有定位槽(8)，当挤出式生物3D打印喷头固定在喷头安装座(1)上时，定位块(9)能够嵌入定位槽(8)中。

4.根据权利要求3所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，定位块(9)和定位槽(8)均为V形。

5.根据权利要求1、2或4所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，喷头架体上设有温度传感器(4)，温度传感器(4)用于采集打印材料的温度。

6.根据权利要求5所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，喷头架体上设有半导体温控片(7)，半导体温控片(7)用于调整打印材料的温度。

7.根据权利要求6所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，半导体温控片(7)为半导体制冷片。

8.根据权利要求7所述的挤出式生物3D打印喷头，其特征在于，它还包括水冷散热片，水冷散热片与半导体制冷片相贴。

Images