CN115366418B

CN115366418B - 一种便于调节出料速度的3d打印机

Info

Publication number: CN115366418B
Application number: CN202211291994.8A
Authority: CN
Inventors: 张倨裴; 邓嫄媛; 董志红; 冯威; 宫霞霞; 唐茂; 赵悦; 戢敏; 张鹏; 黄龙; 袁容; 莫莉; 孙丰云; 林丽君; 李力; 周黎明; 乔水明; 黄建峰; 刘丽; 代华凤
Original assignee: Chengdu University
Current assignee: Chengdu University
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2042-10-21
Also published as: CN115366418A

Abstract

本发明公开了一种便于调节出料速度的3D打印机，涉及生物3D打印技术领域。该种便于调节出料速度的3D打印机，包括设置在机体上的外壳、操作屏、透明观察窗、工作台和机械手，所述机械手上固定连接有安装板，且安装板的上侧壁固定插设有出料管，所述外壳的顶部设置有用于对出料管进行供料的供料机构，且安装板的下侧壁设置有用于对打印层厚进行检测的检测机构。便于根据打印的层厚对出料管的出料速度进行实时调节，保证层厚的均匀性，同时，能够对层厚较薄的部位进行填料处理，并且，能够对层厚较厚的部位进行刮除清理并收集后重复利用，保证打印产品质量的同时，避免物料的浪费，更加节能环保。

Description

一种便于调节出料速度的3D打印机

技术领域

本发明涉及生物3D打印技术领域，具体为一种便于调节出料速度的3D打印机。

背景技术

随着人们对3D打印材料和设备的深入研究，3D打印应用领域不断得到扩展。医疗3D打印具有高个性化需求和高附加值等特点，是3D打印技术最适合的应用领域之一，近年来成为全球医疗器械行业研究热点并得到快速发展。

医疗3D打印主要可应用于齿科、医疗及康复辅具、骨科植入物、活性组织和器官行业领域。

活性组织和器官打印技术属于新兴的生物3D打印范畴，代表了医疗器械行业国际最新技术发展方向。活性组织和器官需要采用细胞、生长因子等生物活性物质或水凝胶、胶原等生物活性材料，通过特殊设计的生物3D打印机得以实用。研究人员为了提高细胞生长、繁殖和黏附等需求，往往将生物活性材料或生物活性物质与生物活性材料的混合物等通过3D打印制成多孔支架。目前已见报道的生物3D打印机的打印方式大多为按照预先设置的参数路径，将生物活性材料或生物活性物质与生物活性材料的混合物（通常为凝胶状）通过打印机喷头小孔挤出，由点成线，由线逐步累积成面，再由一个个面累积成体的循序渐进的过程。

然而，现有的生物3D打印机在使用时，不便于根据打印的层厚对出料的速度进行实时调节，从而容易造成层厚不均匀，进而影响打印的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于调节出料速度的3D打印机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种便于调节出料速度的3D打印机，包括设置在机体上的外壳、操作屏、透明观察窗、工作台和机械手，所述机械手上固定连接有安装板，且安装板的上侧壁固定插设有出料管，所述外壳的顶部设置有用于对出料管进行供料的供料机构，且安装板的下侧壁设置有用于对打印层厚进行检测的检测机构，所述出料管的侧壁设置有用于对打印层厚较薄位置进行填补的填补机构，且安装板的下侧壁设置有用于对打印层厚较厚位置进行刮除清理的刮除机构，所述安装板的下侧壁设置有用于对打印后的产品进行干燥的抽风机构。

优选的，所述供料机构包括固定连接在外壳顶部的第一支撑板，且第一支撑板的上端固定连接有储料箱，所述储料箱的顶部铰接有密封盖，且外壳的顶部固定连接有固定箱，所述固定箱内滑动连接有活塞，且活塞的移动通过第一推动机构进行推动，所述储料箱的底部固定连接有供料管，且供料管的下端固定插设在活塞的下侧壁，所述供料管内设置有第一单向阀，且固定箱的底部固定连接有第一软管，所述第一软管的另一端贯穿外壳的顶部并与出料管的上端固定，且第一软管内设置有第二单向阀。

优选的，所述第一推动机构包括固定连接在固定箱上侧壁的U形板，且U形板的下侧壁固定连接有第一套杆，所述第一套杆的侧壁套设有第一套管，且第一套管的下端与活塞的上侧壁固定，所述活塞的上侧壁固定连接有第一螺纹套，且第一螺纹套内螺纹连接有第一螺纹杆，所述第一螺纹杆的上端与U形板的下侧壁转动连接，所述U形板的上侧壁固定连接有第一电机，且第一电机的输出端与第一螺纹杆的上端固定。

优选的，所述检测机构开设在安装板下侧壁的安装孔，且安装孔内固定插设有视觉传感器，所述第一电机与视觉传感器电性连接。

优选的，所述填补机构包括设置在出料管侧壁的第一电磁阀，且出料管的侧壁固定连接有倾斜向下设置的补料管，所述补料管的侧壁设置有第二电磁阀，且第一电磁阀以及第二电磁阀均与视觉传感器电性连接。

优选的，所述刮除机构包括固定连接在安装板下侧壁呈倾斜向下设置的刮板，且刮板的侧壁开设有收集槽，所述收集槽的侧壁设置有用于对刮除物料进行重复利用的循环机构。

优选的，所述循环机构包括固定连接在安装板侧壁的支撑块，且支撑块的侧壁固定插设有第二软管，所述第二软管的一端与出料管的侧壁固定，且第二软管的另一端固定插设在收集槽的侧壁，所述第二软管内设置有第三单向阀，所述收集槽的内滑动连接有推动板，且推动板的移动通过第二推动机构进行推动。

优选的，所述第二推动机构包括固定连接在推动板侧壁的连接板，且连接板的侧壁固定连接有第二套杆，所述第二套杆的侧壁套设有第二套管，且第二套管的另一端与刮板的侧壁固定，所述刮板的侧壁固定连接有第二螺纹套，且第二螺纹套内螺纹连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆的另一端与连接板的侧壁转动连接，所述连接板的侧壁固定连接有第二电机，且第二电机的输出端与第二螺纹杆的一端固定。

优选的，所述推动板的侧壁固定连接有挡板，且挡板采用伸缩胶条。

优选的，所述抽风机构包括固定插设在安装板上侧壁两个对称设置的抽风管，且抽风管的上端固定连接有U形管，所述安装板的侧壁固定连接有第二支撑板，且第二支撑板的上端固定连接有抽风机，所述抽风机的进气端固定连接有连接管，且连接管的另一端与U形管的侧壁固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）、该种便于调节出料速度的3D打印机，通过设置检测机构等，在进行打印时，通过供料机构对出料管进行供料，并通过机械手对安装板和出料管进行移动，从而实现3D打印过程，在打印过程中，通过视觉传感器对每次打印的层厚进行检测，并通过供料机构调节出料管的出料速度，从而保证层厚的均匀性，保证打印产品的质量。

（2）、该种便于调节出料速度的3D打印机，通过设置供料机构等，在进行供料时，启动第一电机，第一电机的转动带动第一螺纹杆的转动进而带动活塞沿着固定箱的侧壁向下移动，从而将固定箱内的物料挤压后通过第一软管进入出料管中出料，并且，通过检测机构对层厚进行检测后，对第一电机的转速进行实时调节，当检测到层厚较薄时，降低第一电机的转速，当检测到层厚较厚时，提高第一电机的转速，从而能够在打印过程中，便于根据打印的层厚对出料管的出料速度进行实时调节，调节更加方便。

（3）、该种便于调节出料速度的3D打印机，通过设置填补机构等，当检测到层厚较薄时，关闭第一电磁阀，同时，打开第二电磁阀，此时，出料管内的物料通过补料管对层厚较薄的部位进行填料处理，同时，通过机械手对安装板和补料管进行移动，保证填料效果，进而保证打印产品的质量，并且，通过检测机构对层厚进行检测，待填料完成后，关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，继续进行打印过程。

（4）、该种便于调节出料速度的3D打印机，通过设置刮除机构等，当打印的层厚较厚时，安装板的移动带动刮板进行移动，从而能够对层厚较厚的部位进行刮除清理，并将多余的物料刮入收集槽中进行暂存，接着，通过第二推动机构推动推动板沿着收集槽进行移动，从而将收集槽中暂存的物料挤压后通过第二软管循环至出料管中进行循环使用，避免物料的浪费，更加节能环保。

、该种便于调节出料速度的3D打印机，通过设置抽风机构等，在打印过程中，启动抽风机，从而通过抽风管从产品的两侧进行抽风操作，不仅能够加速产品的凝固，而且，对产品存在推力，从而能够避免产品垮塌，更加稳定可靠，保证打印产品的质量。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明中机械手以及安装板的立体结构示意图；

图4为本发明中抽风机构的结构示意图；

图5为本发明中安装板的立体结构示意图；

图6为本发明中安装板另一个视角的立体结构示意图；

图7为图1中A处的放大结构示意图；

图8为图2中B处的放大结构示意图；

图9为图4中C处的放大结构示意图；

图10为图5中D处的放大结构示意图。

图中：1、机体；101、外壳；102、操作屏；103、透明观察窗；104、工作台；105、机械手；2、供料机构；201、第一支撑板；202、密封盖；203、固定箱；204、活塞；205、供料管；206、第一单向阀；207、第一软管；208、第二单向阀；209、储料箱；3、第一推动机构；301、U形板；302、第一套杆；303、第一套管；304、第一螺纹杆；305、第一螺纹套；306、第一电机；4、检测机构；401、安装孔；402、视觉传感器；5、抽风机构；501、抽风管；502、U形管；503、第二支撑板；504、抽风机；505、连接管；6、填补机构；601、第一电磁阀；602、补料管；603、第二电磁阀；7、刮除机构；701、刮板；702、收集槽；8、循环机构；801、第二软管；802、支撑块；803、推动板；9、第二推动机构；901、连接板；902、第二套杆；903、第二套管；904、第二螺纹套；905、第二螺纹杆；906、第二电机；10、挡板；11、安装板；12、出料管。

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。

如图1-图10所示，本实施例提供一种便于调节出料速度的3D打印机，包括设置在机体1上的外壳101、操作屏102、透明观察窗103、工作台104和机械手105，机械手105上固定连接有安装板11，且安装板11的上侧壁固定插设有出料管12，外壳101的顶部设置有用于对出料管12进行供料的供料机构2，且安装板11的下侧壁设置有用于对打印层厚进行检测的检测机构4，出料管12的侧壁设置有用于对打印层厚较薄位置进行填补的填补机构6，且安装板11的下侧壁设置有用于对打印层厚较厚位置进行刮除清理的刮除机构7，安装板11的下侧壁设置有用于对打印后的产品进行干燥的抽风机构5，便于根据打印的层厚对出料管12的出料速度进行实时调节，保证层厚的均匀性，同时，能够对层厚较薄的部位进行填料处理，并且，能够对层厚较厚的部位进行刮除清理并收集后重复利用，保证打印产品质量的同时，避免物料的浪费，更加节能环保。

如图1、图2、图7和图8所示，供料机构2包括固定连接在外壳101顶部的第一支撑板201，且第一支撑板201的上端固定连接有储料箱209，储料箱209的顶部铰接有密封盖202，且外壳101的顶部固定连接有固定箱203，固定箱203内滑动连接有活塞204，且活塞204的移动通过第一推动机构3进行推动，储料箱209的底部固定连接有供料管205，且供料管205的下端固定插设在活塞204的下侧壁，供料管205内设置有第一单向阀206，第一单向阀206的导通方向由储料箱209到固定箱203，且固定箱203的底部固定连接有第一软管207，第一软管207的另一端贯穿外壳101的顶部并与出料管12的上端固定，且第一软管207内设置有第二单向阀208，第二单向阀208的导通方向由固定箱203到出料管12，在进行供料时，通过第一推动机构3推动活塞204沿着固定箱203的侧壁向下移动，从而将固定箱203内的物料挤压后通过第一软管207进入出料管12中出料，待固定箱203内的物料被挤完后，通过第一推动机构3使得活塞204向上移动，此时，固定箱203内产生负压，从而使得储料箱209内物料通过供料管205进入固定箱203内，实现自动投料。

如图7所示，第一推动机构3包括固定连接在固定箱203上侧壁的U形板301，且U形板301的下侧壁固定连接有第一套杆302，第一套杆302的侧壁套设有第一套管303，且第一套管303的下端与活塞204的上侧壁固定，活塞204的上侧壁固定连接有第一螺纹套305，且第一螺纹套305内螺纹连接有第一螺纹杆304，第一螺纹杆304的上端与U形板301的下侧壁转动连接，U形板301的上侧壁固定连接有第一电机306，且第一电机306的输出端与第一螺纹杆304的上端固定，启动第一电机306，第一电机306的转动带动第一螺纹杆304的转动进而带动活塞204沿着固定箱203的侧壁进行移动。

如图6所示，检测机构4开设在安装板11下侧壁的安装孔401，且安装孔401内固定插设有视觉传感器402，第一电机306与视觉传感器402电性连接，通过视觉传感器402对每次打印的层厚进行实时检测。

如图6所示，填补机构6包括设置在出料管12侧壁的第一电磁阀601，且出料管12的侧壁固定连接有倾斜向下设置的补料管602，补料管602的侧壁设置有第二电磁阀603，且第一电磁阀601以及第二电磁阀603均与视觉传感器402电性连接，当检测到层厚较薄时，关闭第一电磁阀601，同时，打开第二电磁阀603，此时，出料管12内的物料通过补料管602对层厚较薄的部位进行填料处理，同时，通过机械手105对安装板11和补料管602进行移动，保证填料效果，进而保证打印产品的质量，并且，通过检测机构4对层厚进行检测，待填料完成后，关闭第二电磁阀603，打开第一电磁阀601，继续进行打印过程。

如图9和图10所示，刮除机构7包括固定连接在安装板11下侧壁呈倾斜向下设置的刮板701，且刮板701的侧壁开设有收集槽702，收集槽702的侧壁设置有用于对刮除物料进行重复利用的循环机构8，当打印的层厚较厚时，安装板11的移动带动刮板701进行移动，从而能够对层厚较厚的部位进行刮除清理，并将多余的物料刮入收集槽702中进行暂存。

如图5和图10所示，循环机构8包括固定连接在安装板11侧壁的支撑块802，且支撑块802的侧壁固定插设有第二软管801，第二软管801的一端与出料管12的侧壁固定，且第二软管801的另一端固定插设在收集槽702的侧壁，第二软管801内设置有第三单向阀，第三单向阀的导通方向由收集槽702到出料管12，收集槽702的内滑动连接有推动板803，且推动板803的移动通过第二推动机构9进行推动，通过第二推动机构9推动推动板803沿着收集槽702进行移动，从而将收集槽702中暂存的物料挤压后通过第二软管801循环至出料管12中进行循环使用，避免物料的浪费，更加节能环保。

如图9所示，第二推动机构9包括固定连接在推动板803侧壁的连接板901，且连接板901的侧壁固定连接有第二套杆902，第二套杆902的侧壁套设有第二套管903，且第二套管903的另一端与刮板701的侧壁固定，刮板701的侧壁固定连接有第二螺纹套904，且第二螺纹套904内螺纹连接有第二螺纹杆905，第二螺纹杆905的另一端与连接板901的侧壁转动连接，连接板901的侧壁固定连接有第二电机906，且第二电机906的输出端与第二螺纹杆905的一端固定，启动第二电机906，第二电机906的转动带动第二螺纹杆905的转动，进而带动推动板803沿着收集槽702进行移动。

如图9和图10所示，推动板803的侧壁固定连接有挡板10，且挡板10采用伸缩胶条，当推动板803沿着收集槽702进行移动对收集的物料进行挤压时，挡板10先与收集槽702的侧壁相抵并逐渐收缩，从而能够避免物料从收集槽702的进料口流出。

如图4所示，抽风机构5包括固定插设在安装板11上侧壁两个对称设置的抽风管501，且抽风管501的上端固定连接有U形管502，安装板11的侧壁固定连接有第二支撑板503，且第二支撑板503的上端固定连接有抽风机504，抽风机504的进气端固定连接有连接管505，且连接管505的另一端与U形管502的侧壁固定，在打印过程中，启动抽风机504，从而通过抽风管501从产品的两侧进行抽风操作，不仅能够加速产品的凝固，而且，对产品存在推力，从而能够避免产品垮塌，更加稳定可靠，保证打印产品的质量。

工作原理：在使用时，在进行打印时，启动第一电机306，第一电机306的转动带动第一螺纹杆304的转动进而带动活塞204沿着固定箱203的侧壁向下移动，从而将固定箱203内的物料挤压后通过第一软管207进入出料管12中出料，与此同时，通过机械手105对安装板11和出料管12进行移动，从而实现3D打印过程，在打印过程中，通过视觉传感器402对每次打印的层厚进行检测；

通过检测机构4对层厚进行检测后，对第一电机306的转速进行实时调节，当检测到层厚较薄时，降低第一电机306的转速，当检测到层厚较厚时，提高第一电机306的转速，从而能够在打印过程中，便于根据打印的层厚对出料管12的出料速度进行实时调节，调节更加方便，从而保证层厚的均匀性，保证打印产品的质量；

当检测到层厚较薄时，关闭第一电磁阀601，同时，打开第二电磁阀603，此时，出料管12内的物料通过补料管602对层厚较薄的部位进行填料处理，同时，通过机械手105对安装板11和补料管602进行移动，保证填料效果，进而保证打印产品的质量，并且，通过检测机构4对层厚进行检测，待填料完成后，关闭第二电磁阀603，打开第一电磁阀601，继续进行打印过程；

当打印的层厚较厚时，安装板11的移动带动刮板701进行移动，从而能够对层厚较厚的部位进行刮除清理，并将多余的物料刮入收集槽702中进行暂存，接着，通过第二推动机构9推动推动板803沿着收集槽702进行移动，从而将收集槽702中暂存的物料挤压后通过第二软管801循环至出料管12中进行循环使用，避免物料的浪费，更加节能环保；

并且，在打印过程中，启动抽风机504，从而通过抽风管501从产品的两侧进行抽风操作，不仅能够加速产品的凝固，而且，对产品存在推力，从而能够避免产品垮塌，更加稳定可靠，保证打印产品的质量。

Claims

1.一种便于调节出料速度的3D打印机，包括设置在机体（1）上的外壳（101）、操作屏（102）、透明观察窗（103）、工作台（104）和机械手（105），其特征在于：所述机械手（105）上固定连接有安装板（11），且安装板（11）的上侧壁固定插设有出料管（12），所述外壳（101）的顶部设置有用于对出料管（12）进行供料的供料机构（2），且安装板（11）的下侧壁设置有用于对打印层厚进行检测的检测机构（4），所述出料管（12）的侧壁设置有用于对打印层厚较薄位置进行填补的填补机构（6），且安装板（11）的下侧壁设置有用于对打印层厚较厚位置进行刮除清理的刮除机构（7），所述安装板（11）的下侧壁设置有用于对打印后的产品进行干燥的抽风机构（5）；所述供料机构（2）包括固定连接在外壳（101）顶部的第一支撑板（201），且第一支撑板（201）的上端固定连接有储料箱（209），所述储料箱（209）的顶部铰接有密封盖（202），且外壳（101）的顶部固定连接有固定箱（203），所述固定箱（203）内滑动连接有活塞（204），且活塞（204）的移动通过第一推动机构（3）进行推动，所述储料箱（209）的底部固定连接有供料管（205），且供料管（205）的下端固定插设在活塞（204）的下侧壁，所述供料管（205）内设置有第一单向阀（206），且固定箱（203）的底部固定连接有第一软管（207），所述第一软管（207）的另一端贯穿外壳（101）的顶部并与出料管（12）的上端固定，且第一软管（207）内设置有第二单向阀（208）；所述第一推动机构（3）包括固定连接在固定箱（203）上侧壁的U形板（301），且U形板（301）的下侧壁固定连接有第一套杆（302），所述第一套杆（302）的侧壁套设有第一套管（303），且第一套管（303）的下端与活塞（204）的上侧壁固定，所述活塞（204）的上侧壁固定连接有第一螺纹套（305），且第一螺纹套（305）内螺纹连接有第一螺纹杆（304），所述第一螺纹杆（304）的上端与U形板（301）的下侧壁转动连接，所述U形板（301）的上侧壁固定连接有第一电机（306），且第一电机（306）的输出端与第一螺纹杆（304）的上端固定；所述检测机构（4）开设在安装板（11）下侧壁的安装孔（401），且安装孔（401）内固定插设有视觉传感器（402），所述第一电机（306）与视觉传感器（402）电性连接；所述填补机构（6）包括设置在出料管（12）侧壁的第一电磁阀（601），且出料管（12）的侧壁固定连接有倾斜向下设置的补料管（602），所述补料管（602）的侧壁设置有第二电磁阀（603），且第一电磁阀（601）以及第二电磁阀（603）均与视觉传感器（402）电性连接；所述刮除机构（7）包括固定连接在安装板（11）下侧壁呈倾斜向下设置的刮板（701），且刮板（701）的侧壁开设有收集槽（702），所述收集槽（702）的侧壁设置有用于对刮除物料进行重复利用的循环机构（8）；所述循环机构（8）包括固定连接在安装板（11）侧壁的支撑块（802），且支撑块（802）的侧壁固定插设有第二软管（801），所述第二软管（801）的一端与出料管（12）的侧壁固定，且第二软管（801）的另一端固定插设在收集槽（702）的侧壁，所述第二软管（801）内设置有第三单向阀，所述收集槽（702）的内滑动连接有推动板（803），且推动板（803）的移动通过第二推动机构（9）进行推动；所述第二推动机构（9）包括固定连接在推动板（803）侧壁的连接板（901），且连接板（901）的侧壁固定连接有第二套杆（902），所述第二套杆（902）的侧壁套设有第二套管（903），且第二套管（903）的另一端与刮板（701）的侧壁固定，所述刮板（701）的侧壁固定连接有第二螺纹套（904），且第二螺纹套（904）内螺纹连接有第二螺纹杆（905），所述第二螺纹杆（905）的另一端与连接板（901）的侧壁转动连接，所述连接板（901）的侧壁固定连接有第二电机（906），且第二电机（906）的输出端与第二螺纹杆（905）的一端固定，所述推动板（803）的侧壁固定连接有挡板（10），且挡板（10）采用伸缩胶条；所述抽风机构（5）包括固定插设在安装板（11）上侧壁两个对称设置的抽风管（501），且抽风管（501）的上端固定连接有U形管（502），所述安装板（11）的侧壁固定连接有第二支撑板（503），且第二支撑板（503）的上端固定连接有抽风机（504），所述抽风机（504）的进气端固定连接有连接管（505），且连接管（505）的另一端与U形管（502）的侧壁固定。