CN110656379A - 一种多溶液供给喷头及其应用的静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种多溶液供给喷头及其应用的静电纺丝装置。本发明的多溶液供给喷头，包括存储装置、至少两个供液管、至少一个移动挡板、以及针头，存储装置的上端为液腔部，下端为缩口部，并在缩口部的末端连接有针头；若干供液管平行存储装置液腔部中心轴线至少部分的插入进液腔部；移动挡板位于供液管之间，且可在供液管之间滑动将供液管隔开分别单独与针头连通。本发明的静电纺丝装置包括多溶液供给喷头、接收板、高压电源、以及控制器。本发明的多溶液供给喷头及其应用的静电纺丝装置实现了不同溶液之间的切换，无需更换喷头，操作简单，省时省力；此外，也避免了由于更换喷头所带来的位置偏差。

Description

一种多溶液供给喷头及其应用的静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种多溶液供给喷头及其应用的静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝是一种低成本、高效率制备纳米纤维的工艺，在微纳制造领域有着广泛的应用，电纺直写则在制备超细纤维的基础上，通过喷头与收集平台的联动实现超细纤维的可控沉积，并形成特定轨迹或图案，通过逐层叠加形成具有三维结构的模型。凭借其高度可控的纤维沉积和微纳尺度成型特性，这种工艺方法在微纳3D打印、组织工程、微机电系统、微流控芯片等行业上有着巨大的应用前景。

目前国内外的许多三维打印系统都要求多材料打印。但是，目前大多数多材料供给的打印系统都是通过使用多喷头来完成的，面对不同材料打印的时候传统的多喷头装置需要更换喷头重新定位，因此很有可能引入新的定位误差；此外，喷头更换费时费力，增加了额外的时间成本。因此，很有必要对现有技术的多材料供给打印系统进行结构改进，来满足生产上的需要。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种多溶液供给喷头，采用单喷头即可实现多种溶液纺丝，无需更换喷头，操作简单方便，且可避免更换喷头所引入的定位误差；本发明的另一个目的在于提供一种应用上述多溶液供给喷头的静电纺丝装置，纺丝精度高，且效率高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多溶液供给喷头，其特征在于，包括存储装置、至少两个供液管、至少一个移动挡板、以及针头，其中：存储装置的上端为液腔部，下端为缩口部，并在缩口部的末端连接有针头；若干供液管平行存储装置液腔部中心轴线至少部分的插入进液腔部；移动挡板位于供液管之间，且可在供液管之间滑动将供液管隔开分别单独与针头连通。

进一步的，多溶液供给喷头还包括密封板以及至少两个底板，其中：底板的数量与供液管的数量相等；底板垂直供液管固定在存储装置内，且供液管的末端贯通连接在底板上；移动挡板由底板之间穿过，且移动挡板的底端贯穿连接有密封板；密封板贴紧位于底板的下方，随移动挡板的滑动封堵位于底板上的供液管，或者，随移动挡板的滑动错开位于底板上的供液管。

进一步的，存储装置的液腔部为四棱柱；存储装置的缩口部为四棱锥，且缩口部的底端形成有用于连接针头的连接平面；移动挡板的侧壁与液腔部腔壁以及缩口部腔壁均贴合。

进一步的，移动挡板与存储装置的接触面处设置有密封橡胶。

进一步的，密封板与底板的接触面处设置有密封橡胶。

进一步的，移动挡板的驱动装置为步进电机。

进一步的，移动挡板为扁平箱体，扁平箱体内装有清洗液；扁平箱体对应针头的部位开设有出液孔；出液孔随移动挡板的滑动与针头连通，或者，出液孔随移动挡板的滑动被连接平面封堵。

进一步的，供液管的数量为两个，分别为第一供液管与第二供液管；移动挡板的数量为一个；移动挡板位于第一供液管与第二供液管之间，且可在第一供液管与第二供液管之间滑动将第一供液管与第二供液管隔开分别单独与针头连通。

本发明的一种多溶液供给喷头，具有以下有益效果：

1、本发明的多溶液供给喷头，通过在供液管之间设置移动挡板，从而可选择性的将不同的供液管与针头连通，从而实现了不同溶液之间的切换，无需更换喷头，操作简单，省时省力；此外，也避免了由于更换喷头所带来的位置偏差。

2、本发明的多溶液供给喷头，通过密封板及底板的设置，从而在移动挡板移动切换供液管后对供液管进行了二次封堵，从而进一步保证了供液管切换的密闭性。

3、本发明的多溶液供给喷头，合理设置存储装置液腔部、缩口部，以及与其匹配贴合的移动挡板的形状，从而保证了液路切换的连续、可靠、及可操作性；此外，缩口部的底端形成有用于连接针头的连接平面，从而赋予移动挡板足够的移动切换空间。

4、本发明的多溶液供给喷头，移动挡板为存储有清洗液的扁平箱体，在其移动过程中出液口可以与针头连通喷出清洗液对针头内残留液体进行冲洗，从而保证了液路切换时针头的清洁度，避免纺丝过程中出现两种溶液的混合点，继而保证了纺丝质量。

本发明提供的一种静电纺丝装置，其特征在于，包括上述任一一种的多溶液供给喷头、接收板、高压电源、以及控制器，其中：接收板位于多溶液供给喷头的下方；高压电源的高压端连接多溶液供给喷头的针头，高压电源的低压端连接接收板；多溶液供给喷头的移动挡板控制端、接收板的移动控制端、以及高压电源的控制端分别与控制器电连接。

进一步的，接收板为XY方向移动板，且接收板的底端布置有移动轨道。

本发明的静电纺丝装置具有以下有益效果：

本发明的静电纺丝装置，可实现单喷头的多溶液供给，无需更换喷头，纺丝质量好，工作效率高。

附图说明

为了更清楚的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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的多溶液供给喷头的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明的多溶液供给喷头的另一种实施例的移动挡板底端的主视结构示意图；

图3为图2的移动挡板底端的俯视结构示意图；

图4为本发明的多溶液供给喷头的再一种实施例的结构示意图；

图5为本发明的静电纺丝装置的结构示意图；

图中：1-存储装置、111-液腔部、112-缩口部、21-第一供液管、22-第二供液管、3-移动挡板、4-密封板、51-第一底板、52-第二底板、6-连接平面、7-接收板、8-高压电源、9-控制器、10-步进电机、11-驱动电机、12-针头；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例的一种多溶液供给喷头，其特征在于，包括存储装置1、至少两个供液管、至少一个移动挡板3、以及针头12，其中：存储装置1的上端为液腔部111，下端为缩口部112，并在缩口部112的末端连接有针头12；若干供液管平行存储装置1液腔部111中心轴线至少部分的插入进液腔部111；移动挡板3位于供液管之间，且可在供液管之间滑动将供液管隔开分别单独与针头12连通。

具体的，存储装置1主要用于液体的存储，存储装置1竖直设置；移动挡板3竖直插入在存储装置1内，移动挡板3主要用于将存储装置1分割为若干个独立的存储腔，并且，移动挡板3可以在存储装置1内左右滑动，从而控制独立存储腔中的一个与针头12连通；可选的，供液管的数量为两个，分别为第一供液管21与第二供液管22；移动挡板3的数量为一个；移动挡板3位于第一供液管21与第二供液管22之间，且可在第一供液管21与第二供液管22之间滑动将第一供液管21与第二供液管22隔开分别单独与针头12连通。进一步的可选的，存储装置1的液腔部111为四棱柱；存储装置1的缩口部112为四棱锥，且缩口部112的底端形成有用于连接针头12的连接平面6；移动挡板3的侧壁与液腔部111腔壁以及缩口部112腔壁均贴合；存储装置1液腔部111、缩口部112，以及与其匹配贴合的移动挡板3的形状设计，从而保证了液路切换的连续、可靠、及可操作性。此外，缩口部112的底端形成有用于连接针头12的连接平面6，从而赋予移动挡板3足够的移动/滑动切换空间。供液管主要用于向独立的存储腔内提供液体，供液管可以为任意形式的管状结构，在存储装置1 的顶端可以设置用于供液管承载的盖板或端盖，以及实现存储装置1的密封；供液管伸入液腔部111的深度本发明不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况确定。针头12主要用于喷出纺丝溶液，因此针头12应当采用金属针头，针头12的具体型号可根据纺丝要求具体确定；优选的，针头12与缩口部112 螺纹连接，从而实现不同孔径针头的便捷更换。

进一步的，如图2、图3所示，多溶液供给喷头还包括密封板4以及至少两个底板，其中：底板的数量与供液管的数量相等；底板垂直供液管固定在存储装置1内，且供液管的末端贯通连接在底板上；移动挡板3由底板之间穿过，且移动挡板3的底端贯穿连接有密封板4；密封板4贴紧位于底板的下方，随移动挡板3的滑动封堵位于底板上的供液管，或者，随移动挡板3的滑动错开位于底板上的供液管。

具体的，多溶液供给喷头还包括密封板4以及两个底板，两个底板分别为第一底板51与第二底板52，第一底板51与第一供液管21匹配，第二底板52 与第二供液管22匹配，底板主要用于供液管下端的固定以及与密封板4贴合密封或错开供液管，继而实现第一供液管21与第二供液管22切换连通针头12。第一底板51与第二底板52同水平面布置，底板与密封板4上下平行贴紧布置，从而可以实现两个底板均可以与密封板4贴合；此外，通过第一底板51与第二底板52之间的间隙以及密封板4的长度，从而实现通过移动挡板3移动带动密封板4错开第一供液管21封堵第二供液管22或者带动密封板4错开第二供液管22封堵第一供液管21，继而实现了两种液体之间的切换。

进一步的，移动挡板3与存储装置1的接触面处设置有密封橡胶，配合方式为过渡配合。

进一步的，密封板4与底板的接触面处设置有密封橡胶，配合方式为过渡配合。

进一步的，移动挡板3的驱动装置为高精度步进电机10，移动挡板3为简单的单轴驱动，只需保证移动挡板3的移动水平度即可，即保证移动挡板3移动过程中始终与存储装置1内壁贴合。

应当注意的是，不同溶液之间可能会相互反应，所以在选择溶液时，应当尽量选用不互相干扰的溶液。上述实施例的多溶液供给喷头在供液管切换过程中，不可避免的，在切换瞬间，针头12内残留有部分的上一供液管内液体，为了减少液体残留量，针头12应当尽量的做的短一些，本发明主要针对应用的是不同材料需要保持连续性的纺丝，即某点处同时具有上一种材料与下一种材料的工艺，因此针头12的长度需要根据重合点使用的溶液来考虑。如果某一工艺不仅要求连续性，还对重合点的位置有所要求，则需要在控制程序中加入预判程序，即步进电机10驱动移动挡板3完成移动后，高压电源8还在产生高压，接收板7还在移动，使金属针头中剩余溶液刚好在预定重合点处用完，此时再进行高压电源8的切换以及轨迹更换。

如图4所示，为了避免供液管切换过程中，针头12内残留上一供液管液体，保证切换过程中，针头12的清洁，本发明对多溶液供给喷头的移动挡板3 进行了结构改进，移动挡板3为扁平箱体，扁平箱体内装有清洗液；扁平箱体对应针头12的部位开设有出液孔；出液孔随移动挡板3的滑动与针头12连通，或者，出液孔随移动挡板3的滑动被连接平面6封堵。

具体的，存储装置1的缩口部112的底端可以做的更扁平，但是应保证连接平面6宽度大于针头12直径且针头12两侧的平面空间均可以容纳扁平箱体底面完全贴合，封堵出液孔；同时应当保证扁平箱体的宽度大于针头12直径。从而当移动挡板3移动更换溶液时，先把扁平箱体移动到覆盖针头12的位置，喷出不影响纺丝且易挥发的清洗液，而后再进行后续的移动切换工作。应当注意的是，清洗液喷出过多可能不易挥发，这将影响纺丝质量，因此针头12应当尽可能的做的短一些，从而减少清洗液需求量。

如图3所示，本发明的一种静电纺丝装置，包括上述任一实施例的多溶液供给喷头、接收板7、高压电源8、以及控制器9，其中：接收板7位于多溶液供给喷头的下方；高压电源8的高压端连接多溶液供给喷头的针头12，高压电源8的低压端连接接收板7；多溶液供给喷头的移动挡板3控制端、接收板7的移动控制端、以及高压电源8的控制端分别与控制器9电连接。

具体的，移动挡板3通过步进电机10驱动，步进电机10的控制端与控制器9电连接；接收板7配有单独的驱动电机11，驱动电机11的控制端与控制器 9电连接；控制器9可以采用单片微型计算机、可编程控制器等，本发明不做具体限定。

进一步的，接收板7为XY方向移动板，且接收板7的底端布置有移动轨道，移动轨道可采用现有纺丝装置接收板的现有移动轨道，也可根据实际情况具体设计，本发明不做具体限定。

本发明的静电纺丝装置，可实现单喷头的多溶液供给，无需更换喷头，纺丝质量好，工作效率高。

为了更清楚的理解本发明的静电纺丝装置，现对其工作过程进行简单的描述，主要包括以下步骤：

(1)首先第一供液管开始供液，控制器控制高压电源产生高压；

(2)控制器控制驱动电机及移动轨道，使接收板按照相应的轨迹进行运动；

(3)当接收板运动到需要切换溶液的位置时，接收板停止运动；

(4)第一供液管停止供液，控制器控制高压电源停止产生高压；

(5)控制器控制步进电机，使移动挡板移动切换第二供液管与金属针头连通；

(6)第二供液管开始供液，同时控制器控制高压电源产生相应的高压；

(7)控制器控制驱动电机及移动轨道，使接收板按照相应的轨迹进行运动；

(8)依次循环上述步骤，完成纺丝。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种多溶液供给喷头，其特征在于，包括存储装置、至少两个供液管、至少一个移动挡板、以及针头，其中：

所述存储装置的上端为液腔部，下端为缩口部，并在所述缩口部的末端连接有所述针头；

若干所述供液管平行所述存储装置所述液腔部中心轴线至少部分的插入进所述液腔部；

所述移动挡板位于所述供液管之间，且可在所述供液管之间滑动将所述供液管隔开分别单独与所述针头连通。

2.根据权利要求1所述的多溶液供给喷头，其特征在于，所述多溶液供给喷头还包括密封板以及至少两个底板，其中：

所述底板的数量与所述供液管的数量相等；

所述底板垂直所述供液管固定在所述存储装置内，且所述供液管的末端贯通连接在所述底板上；

所述移动挡板由所述底板之间穿过，且所述移动挡板的底端贯穿连接有所述密封板；

所述密封板贴紧位于所述底板的下方，随所述移动挡板的滑动封堵位于所述底板上的所述供液管，或者，随所述移动挡板的滑动错开位于所述底板上的所述供液管。

3.根据权利要求1所述的多溶液供给喷头，其特征在于：

所述存储装置的所述液腔部为四棱柱；

所述存储装置的所述缩口部为四棱锥，且所述缩口部的底端形成有用于连接针头的连接平面；

所述移动挡板的侧壁与所述液腔部腔壁以及所述缩口部腔壁均贴合。

4.根据权利要求3所述的多溶液供给喷头，其特征在于，所述移动挡板与所述存储装置的接触面处设置有密封橡胶。

5.根据权利要求2所述的多溶液供给喷头，其特征在于，所述密封板与所述底板的接触面处设置有密封橡胶。

6.根据权利要求1所述的多溶液供给喷头，其特征在于，所述移动挡板的驱动装置为步进电机。

7.根据权利要求3所述的多溶液供给喷头，其特征在于，

所述移动挡板为扁平箱体，所述扁平箱体内装有清洗液；

所述扁平箱体对应所述针头的部位开设有出液孔；

所述出液孔随所述移动挡板的滑动与所述针头连通，或者，所述出液孔随所述移动挡板的滑动被所述连接平面封堵。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的多溶液供给喷头，其特征在于：

所述供液管的数量为两个，分别为第一供液管与第二供液管；

所述移动挡板的数量为一个；

所述移动挡板位于所述第一供液管与所述第二供液管之间，且可在所述第一供液管与所述第二供液管之间滑动将所述第一供液管与所述第二供液管隔开分别单独与所述针头连通。

9.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的多溶液供给喷头、接收板、高压电源、以及控制器，其中：

所述接收板位于所述多溶液供给喷头的下方；

所述高压电源的高压端连接所述多溶液供给喷头的所述针头，所述高压电源的低压端连接所述接收板；

所述多溶液供给喷头的移动挡板控制端、所述接收板的移动控制端、以及所述高压电源的控制端分别与所述控制器电连接。

10.根据权利要求9所述的静电纺丝装置，其特征在于：

所述接收板为XY方向移动板，且所述接收板的底端布置有移动轨道。

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