CN203665666U - 用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，包括壳体，以及设置在壳体内部的料架、送料机构、喷头机构、喷头位移驱动机构、托板和托板位移驱动机构；所述送料机构设置在料架的一侧；所述送料机构通过送料管与喷头机构连通；所述喷头位移驱动机构驱动喷头机构前后或者左右移动；所述托板设置在喷头机构下方；所述托板位移驱动机构驱动托板上下移动。本实用新型通过喷头位移驱动机构驱动喷头机构前后或者左右移动，通过托板位移驱动机构驱动托板上下移动，使喷头机构能够一层一层打印人骨模型，结构简单，使手术专家能够通过人骨模型模拟骨科手术，提升手术的成功率，降低手术风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机。
背景技术
3D打印技术，又称为增材制造技术或快速原型技术，是一种以数字模型（三维CAD模型）文件为基础，运用粉末状金属、陶瓷、塑料或丝状塑料等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
根据采用的材料形式和工艺实现方法的不同，目前广泛应用并且较为成熟的典型增材制造技术可以总结为如下五类：光固化成形法、叠层实体制造法、熔融沉积法、选择性激光烧结法和三维打印技术
三维打印技术在修复医学上的应用是近几年来发展的一个热点。目前，其应用主要集中在人工假体、人工活性骨等方面。在人工假体方面，目前主要是应用三维打印制作出假体的原型，而后翻制金属假体，植入人体，取代受伤的器官而达到康复的目的；在人工活性骨方面，由于快速成型系统能够制作出多孔性结构，这一点尤其适于制作多孔结构的人工骨。医疗过程中，快速成型系统首先使用可降解材料制成内部多孔疏松的代用骨，疏松孔中填以活性因子，置入人体，即可代替人体骨骼，经过一段时间可降解材料被人体降解、吸收、钙化形成新骨。
我国在3D打印与百姓日常生活的结合方面还比较弱，科学技术的普及也不够充分。发展创新是我国党和政府的战略基点，未来发展要从追求产量向追求创新转变，而3D打印技术正是提高创新能力的有力工具。申请人考虑将三维打印技术与医学手术相结合，设计一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，使手术专家能够通过人骨模型模拟骨科手术，提升手术的成功率，降低手术风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，使手术专家能够通过人骨模型模拟骨科手术，提升手术的成功率，降低手术风险。
实现本实用新型目的的技术方案是：用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，包括壳体，以及设置在壳体内部的料架、送料机构、喷头机构、喷头位移驱动机构、托板和托板位移驱动机构；所述送料机构设置在料架的一侧；所述送料机构通过送料管与喷头机构连通；所述喷头位移驱动机构驱动喷头机构前后或者左右移动；所述托板设置在喷头机构下方；所述托板位移驱动机构驱动托板上下移动。
所述送料机构包括左送料机架、右送料机架、衬板、送料电机、小齿轮、大齿轮、送料轴、连接板、左压料板、右压料板、压料轴、拉紧杆和连接块；所述左送料机架和右送料机架分别固定在衬板的左右两侧；所述送料电机固定在左送料机架的左侧面上，送料电机的输出轴穿过左送料机架、右送料机架和衬板后与小齿轮固定连接；所述小齿轮与大齿轮啮合；所述大齿轮固定在送料轴的右端；所述送料轴与左送料机架以及右送料机架转动连接；所述连接板固定在左送料机架的右侧的上部；所述压料轴的两端分别固定在左压料板和右压料板上；所述左压料板和右压料板分别设置在左送料机架和右送料机架的前部，并且左压料板和右压料板的上部分别与连接板的左右两侧转动连接；所述拉紧杆迫使左压料板和右压料板向左送料机架和右送料机架靠拢；所述连接块固定在左送料机架与右送料机架之间，并通过送料管连通喷头机构。
所述送料机构的送料轴通过两个轴承分别与左送料机架和右送料机架连接。
所述送料机构的压料轴上安装有压料轴承。
所述送料机构的拉紧杆的一端设置在左送料机架和右送料机架之间，并且与左送料机架和右送料机架转动连接，其另一端安装有抵住左压料板和右压料板的弹簧。
所述喷头机构包括十字滑块、接头、输料管、螺纹管、喷嘴座和喷嘴；所述接头固定在十字滑块上，并通过送料管连通送料机构；所述接头、输料管、螺纹管和喷嘴依次连通；所述喷嘴固定在喷嘴座上；所述十字滑块上设有前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔。
所述喷头机构还包括隔热管；所述隔热管的两端分别固定在十字滑块和喷嘴座上；所述输料管和螺纹管分别从隔热管的两端穿入后连接在一起。
所述喷头位移驱动机构包括X轴驱动电机、X轴皮带、X轴滑杆、X轴连杆、Y轴驱动电机、Y轴皮带、Y轴滑杆、Y轴连杆和滑块；所述X轴滑杆和Y轴滑杆均平行设置有两根，并且X轴滑杆与Y轴滑杆垂直设置；所述两根X轴滑杆的两端各环绕一条X轴皮带；所述X轴驱动电机驱动其中一根X轴滑杆旋转，并带动两条X轴皮带旋转；所述两条X轴皮带上各固定一个滑块；所述两条X轴皮带上的滑块分别与两根Y轴滑杆滑动连接；所述X轴连杆穿过喷头机构的十字滑块的左右贯通的滑孔，并且其两端分别与两条X轴皮带上的滑块固定连接；所述两根Y轴滑杆的两端各环绕一条Y轴皮带；所述Y轴驱动电机驱动其中一根Y轴滑杆旋转，并带动两条Y轴皮带旋转；所述两条Y轴皮带上各固定一个滑块；所述两条Y轴皮带上的滑块分别与两根X轴滑杆滑动连接；所述Y轴连杆穿过喷头机构的十字滑块的前后贯通的滑孔，并且其两端分别与两条Y轴皮带上的滑块固定连接。
所述喷头机构的十字滑块的前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔内安装直线轴承来分别与X轴连杆和Y轴连杆滑动连接；所述所有滑块内均安装有直线轴承来与X轴滑杆或者Y轴滑杆滑动连接。
所述托板位移驱动机构包括托板支架、丝杆、螺母、纵向滑杆和丝杆驱动电机；所述托板固定在托板支架上；所述螺母固定在托板支架上，并与丝杆螺纹连接；所述丝杆固定在丝杆驱动电机的输出轴上；所述纵向滑杆与丝杆平行设置，并与托板支架滑动连接。
采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：（1）本实用新型通过喷头位移驱动机构驱动喷头机构前后或者左右移动，通过托板位移驱动机构驱动托板上下移动，使喷头机构能够一层一层打印人骨模型，结构简单，使手术专家能够通过人骨模型模拟骨科手术，提升手术的成功率，降低手术风险。
（2）本实用新型各机构的运动均采用电机驱动，适合通过可编程控制器电控运行，可编程控制器编辑适合的程序后，可以实现全自动打印。
（3）本实用新型的料架和送料机构均设置在壳体内，这种结构便于整机包装、运输和使用。
（4）本实用新型的送料机构通过拉紧杆压紧左压料板和右压料板，使压料轴将料压在送料轴上，进而能够使出料更加稳定。
（5）本实用新型的送料机构的送料轴通过两个轴承分别与左送料机架和右送料机架连接，这种结构能够保护左送料机架和右送料机架，使之不会因送料轴的转动而磨损。
（6）本实用新型的送料机构的压料轴上安装有压料轴承，这种结构使压料轴压料时不会对送料形成阻力，压料轴承与送料轴咬合紧密，不打滑，送料顺畅。
（7）本实用新型的喷头机构上设置十字滑块，使喷头位移驱动机构的X轴连杆和Y轴连杆能够直接带动喷头机构前后或者左右移动，减少了电机的负载，降低了整机能耗。
（8）本实用新型的喷头机构的输料管和螺纹管分别从隔热管的两端穿入后连接在一起，能够对输料管和螺纹管保温，避免高温打印料变冷变硬。
（9）本实用新型的喷头机构的左右移动、前后移动，以及托板的上下移动分别通过不同的电机驱动，这种电机细分驱动控制技术能够进一步提高机械精度。
（10）本实用新型在十字滑块、滑块内设置直线轴承，能够减少摩擦力、使得喷头机构的位移更加稳定、顺畅。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的立体图。
图3为图1去掉外壳后的结构示意图。
图4为图3的后视图。
图5为图3的左视图。
图6为图3的右视图。
图7为图3的俯视图。
图8为图3的立体图。
图9为本实用新型的送料机构的结构示意图。
图10为图9去掉右送料机架、大齿轮和右压料板后的结构示意图。
图11为本实用新型的喷头机构的结构示意图。
图12为图11的爆炸图。
附图中的标号为：
壳体1；
料架2；
送料机构3、左送料机架3-1、右送料机架3-2、衬板3-3、送料电机3-4、小齿轮3-5、大齿轮3-6、送料轴3-7、连接板3-8、左压料板3-9、右压料板3-10、压料轴3-11、拉紧杆3-12、连接块3-13、轴承3-14、压料轴承3-15；
喷头机构4、十字滑块4-1、接头4-2、输料管4-3、螺纹管4-4、喷嘴座4-5、喷嘴4-6、隔热管4-7、直线轴承4-8；
喷头位移驱动机构5、X轴驱动电机5-1、X轴皮带5-2、X轴滑杆5-3、X轴连杆5-4、Y轴驱动电机5-5、Y轴皮带5-6、Y轴滑杆5-7、Y轴连杆5-8、滑块5-9；
托板6；
托板位移驱动机构7、托板支架7-1、丝杆7-2、螺母7-3、纵向滑杆7-4、丝杆驱动电机7-5。
具体实施方式
（实施例1）
见图1至图8，本实施例的3D打印机用于在模拟骨科手术时制造人骨模型，包括壳体1，以及设置在壳体1内部的料架2、送料机构3、喷头机构4、喷头位移驱动机构5、托板6和托板位移驱动机构7。
送料机构3设置在料架2的一侧。送料机构3通过送料管与喷头机构4连通。喷头位移驱动机构5驱动喷头机构4前后或者左右移动。托板6设置在喷头机构4下方。托板位移驱动机构7驱动托板6上下移动。料架2和送料机构3均设置在壳体1内，便于整机包装、运输和使用。
见图9和图10，送料机构3包括左送料机架3-1、右送料机架3-2、衬板3-3、送料电机3-4、小齿轮3-5、大齿轮3-6、送料轴3-7、连接板3-8、左压料板3-9、右压料板3-10、压料轴3-11、拉紧杆3-12、连接块3-13、轴承3-14和压料轴承3-15。左送料机架3-1和右送料机架3-2分别固定在衬板3-3的左右两侧。送料电机3-4固定在左送料机架3-1的左侧面上，送料电机3-4的输出轴穿过左送料机架3-1、右送料机架3-2和衬板3-3后与小齿轮3-5固定连接。小齿轮3-5与大齿轮3-6啮合。大齿轮3-6固定在送料轴3-7的右端。送料轴3-7通过两个轴承3-14分别与左送料机架3-1和右送料机架3-2连接。连接板3-8固定在左送料机架3-1的右侧的上部。压料轴3-11的两端分别固定在左压料板3-9和右压料板3-10上。压料轴承3-15安装在压料轴3-11上。左压料板3-9和右压料板3-10分别设置在左送料机架3-1和右送料机架3-2的前部，并且左压料板3-9和右压料板3-10的上部分别与连接板3-8的左右两侧转动连接。拉紧杆3-12的一端设置在左送料机架3-1和右送料机架3-2之间，并且与左送料机架3-1和右送料机架3-2转动连接，其另一端安装有抵住左压料板3-9和右压料板3-10的弹簧。弹簧迫使左压料板3-9和右压料板3-10向左送料机架3-1和右送料机架3-2靠拢。连接块3-13固定在左送料机架3-1与右送料机架3-2之间，并通过送料管连通喷头机构4。送料机构的压料轴承3-15与送料轴3-7咬合紧密，不打滑，送料顺畅。
见图11和图12，喷头机构4包括十字滑块4-1、接头4-2、输料管4-3、螺纹管4-4、喷嘴座4-5、喷嘴4-6和隔热管4-7。接头4-2固定在十字滑块4-1上，并通过送料管连通送料机构3。接头4-2、输料管4-3、螺纹管4-4和喷嘴4-6依次连通。喷嘴4-6固定在喷嘴座4-5上。十字滑块4-1上设有前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔。隔热管4-7的两端分别固定在十字滑块4-1和喷嘴座4-5上。输料管4-3和螺纹管4-4分别从隔热管4-7的两端穿入后连接在一起。喷头机构4上设有独特的喷嘴加热装置，彻底解决溢料、堵料问题。
喷头位移驱动机构5包括X轴驱动电机5-1、X轴皮带5-2、X轴滑杆5-3、X轴连杆5-4、Y轴驱动电机5-5、Y轴皮带5-6、Y轴滑杆5-7、Y轴连杆5-8和滑块5-9。X轴滑杆5-3和Y轴滑杆5-7均平行设置有两根，并且X轴滑杆5-3与Y轴滑杆5-7垂直设置。两根X轴滑杆5-3的两端各环绕一条X轴皮带5-2。X轴驱动电机5-1驱动其中一根X轴滑杆5-3旋转，并带动两条X轴皮带5-2旋转。两条X轴皮带5-2上各固定一个滑块5-9。两条X轴皮带5-2上的滑块5-9分别与两根Y轴滑杆5-7滑动连接。X轴连杆5-4穿过喷头机构4的十字滑块4-1的左右贯通的滑孔，并且其两端分别与两条X轴皮带5-2上的滑块5-9固定连接。两根Y轴滑杆5-7的两端各环绕一条Y轴皮带5-6。Y轴驱动电机5-5驱动其中一根Y轴滑杆5-7旋转，并带动两条Y轴皮带5-6旋转。两条Y轴皮带5-6上各固定一个滑块5-9。两条Y轴皮带5-6上的滑块5-9分别与两根X轴滑杆5-3滑动连接。Y轴连杆5-8穿过喷头机构4的十字滑块4-1的前后贯通的滑孔，并且其两端分别与两条Y轴皮带5-6上的滑块5-9固定连接。
喷头机构4的十字滑块4-1的前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔内安装直线轴承4-8来分别与X轴连杆5-4和Y轴连杆5-8滑动连接。所有滑块5-9内均安装有直线轴承来与X轴滑杆5-3或者Y轴滑杆5-7滑动连接。
X轴驱动电机5-1驱动X轴滑杆5-3旋转，带动X轴皮带5-2旋转，X轴皮带5-2带动其上方的滑块5-9移动沿Y轴滑杆5-7移动，此滑块5-9带动X轴连杆5-4移动，X轴连杆5-4带动喷头机构4前后移动。
Y轴驱动电机5-5驱动Y轴滑杆5-7旋转，带动Y轴皮带5-6旋转，Y轴皮带5-6带动其上方的滑块5-9沿X轴滑杆5-3移动，此滑块5-9带动Y轴连杆5-8移动，Y轴连杆5-8带动喷头机构4左右移动。
托板位移驱动机构7包括托板支架7-1、丝杆7-2、螺母7-3、纵向滑杆7-4和丝杆驱动电机7-5。托板6固定在托板支架7-1上。螺母7-3固定在托板支架7-1上，并与丝杆7-2螺纹连接。丝杆7-2固定在丝杆驱动电机7-5的输出轴上。纵向滑杆7-4与丝杆7-2平行设置，并与托板支架7-1滑动连接。
打印时，送料机构3的拉紧杆3-12压紧左压料板3-9和右压料板3-10，使压料轴承3-15将料压在送料轴3-11上，送料电机3-4驱动小齿轮3-5旋转，小齿轮3-5通过大齿轮3-6带动送料轴3-7旋转，从而将料由连接块3-13通过送料管送至喷头机构4。喷头位移驱动机构5驱动喷头机构4打印一层；打印一层后，托板位移驱动机构7驱动托板6下降一层；然后喷头位移驱动机构5驱动喷头机构4打印第二层；如此反复，直至打印完成。
本实施例的3D打印机的壳体上还设有大屏幕液晶显示面板，大屏幕液晶显示面板配合闪存技术，可以实现离线打印。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：包括壳体（1），以及设置在壳体（1）内部的料架（2）、送料机构（3）、喷头机构（4）、喷头位移驱动机构（5）、托板（6）和托板位移驱动机构（7）；所述送料机构（3）设置在料架（2）的一侧；所述送料机构（3）通过送料管与喷头机构（4）连通；所述喷头位移驱动机构（5）驱动喷头机构（4）前后或者左右移动；所述托板（6）设置在喷头机构（4）下方；所述托板位移驱动机构（7）驱动托板（6）上下移动。
2.根据权利要求1所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述送料机构（3）包括左送料机架（3-1）、右送料机架（3-2）、衬板（3-3）、送料电机（3-4）、小齿轮（3-5）、大齿轮（3-6）、送料轴（3-7）、连接板（3-8）、左压料板（3-9）、右压料板（3-10）、压料轴（3-11）、拉紧杆（3-12）和连接块（3-13）；所述左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）分别固定在衬板（3-3）的左右两侧；所述送料电机（3-4）固定在左送料机架（3-1）的左侧面上，送料电机（3-4）的输出轴穿过左送料机架（3-1）、右送料机架（3-2）和衬板（3-3）后与小齿轮（3-5）固定连接；所述小齿轮（3-5）与大齿轮（3-6）啮合；所述大齿轮（3-6）固定在送料轴（3-7）的右端；所述送料轴（3-7）与左送料机架（3-1）以及右送料机架（3-2）转动连接；所述连接板（3-8）固定在左送料机架（3-1）的右侧的上部；所述压料轴（3-11）的两端分别固定在左压料板（3-9）和右压料板（3-10）上；所述左压料板（3-9）和右压料板（3-10）分别设置在左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）的前部，并且左压料板（3-9）和右压料板（3-10）的上部分别与连接板（3-8）的左右两侧转动连接；所述拉紧杆（3-12）迫使左压料板（3-9）和右压料板（3-10）向左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）靠拢；所述连接块（3-13）固定在左送料机架（3-1）与右送料机架（3-2）之间，并通过送料管连通喷头机构（4）。
3.根据权利要求2所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述送料机构（3）的送料轴（3-7）通过两个轴承（3-14）分别与左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）连接。
4.根据权利要求2所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述送料机构（3）的压料轴（3-11）上安装有压料轴承（3-15）。
5.根据权利要求2所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述送料机构（3）的拉紧杆（3-12）的一端设置在左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）之间，并且与左送料机架（3-1）和右送料机架（3-2）转动连接，其另一端安装有抵住左压料板（3-9）和右压料板（3-10）的弹簧。
6.根据权利要求1所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述喷头机构（4）包括十字滑块（4-1）、接头（4-2）、输料管（4-3）、螺纹管（4-4）、喷嘴座（4-5）和喷嘴（4-6）；所述接头（4-2）固定在十字滑块（4-1）上，并通过送料管连通送料机构（3）；所述接头（4-2）、输料管（4-3）、螺纹管（4-4）和喷嘴（4-6）依次连通；所述喷嘴（4-6）固定在喷嘴座（4-5）上；所述十字滑块（4-1）上设有前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔。
7.根据权利要求6所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述喷头机构（4）还包括隔热管（4-7）；所述隔热管（4-7）的两端分别固定在十字滑块（4-1）和喷嘴座（4-5）上；所述输料管（4-3）和螺纹管（4-4）分别从隔热管（4-7）的两端穿入后连接在一起。
8.根据权利要求6所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述喷头位移驱动机构（5）包括X轴驱动电机（5-1）、X轴皮带（5-2）、X轴滑杆（5-3）、X轴连杆（5-4）、Y轴驱动电机（5-5）、Y轴皮带（5-6）、Y轴滑杆（5-7）、Y轴连杆（5-8）和滑块（5-9）；所述X轴滑杆（5-3）和Y轴滑杆（5-7）均平行设置有两根，并且X轴滑杆（5-3）与Y轴滑杆（5-7）垂直设置；所述两根X轴滑杆（5-3）的两端各环绕一条X轴皮带（5-2）；所述X轴驱动电机（5-1）驱动其中一根X轴滑杆（5-3）旋转，并带动两条X轴皮带（5-2）旋转；所述两条X轴皮带（5-2）上各固定一个滑块（5-9）；所述两条X轴皮带（5-2）上的滑块（5-9）分别与两根Y轴滑杆（5-7）滑动连接；所述X轴连杆（5-4）穿过喷头机构（4）的十字滑块（4-1）的左右贯通的滑孔，并且其两端分别与两条X轴皮带（5-2）上的滑块（5-9）固定连接；所述两根Y轴滑杆（5-7）的两端各环绕一条Y轴皮带（5-6）；所述Y轴驱动电机（5-5）驱动其中一根Y轴滑杆（5-7）旋转，并带动两条Y轴皮带（5-6）旋转；所述两条Y轴皮带（5-6）上各固定一个滑块（5-9）；所述两条Y轴皮带（5-6）上的滑块（5-9）分别与两根X轴滑杆（5-3）滑动连接；所述Y轴连杆（5-8）穿过喷头机构（4）的十字滑块（4-1）的前后贯通的滑孔，并且其两端分别与两条Y轴皮带（5-6）上的滑块（5-9）固定连接。
9.根据权利要求8所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述喷头机构（4）的十字滑块（4-1）的前后贯通的滑孔和左右贯通的滑孔内安装直线轴承（4-8）来分别与X轴连杆（5-4）和Y轴连杆（5-8）滑动连接；所述所有滑块（5-9）内均安装有直线轴承来与X轴滑杆（5-3）或者Y轴滑杆（5-7）滑动连接。
10.根据权利要求8所述的用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3D打印机，其特征在于：所述托板位移驱动机构（7）包括托板支架（7-1）、丝杆（7-2）、螺母（7-3）、纵向滑杆（7-4）和丝杆驱动电机（7-5）；所述托板（6）固定在托板支架（7-1）上；所述螺母（7-3）固定在托板支架（7-1）上，并与丝杆（7-2）螺纹连接；所述丝杆（7-2）固定在丝杆驱动电机（7-5）的输出轴上；所述纵向滑杆（7-4）与丝杆（7-2）平行设置，并与托板支架（7-1）滑动连接。
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2014
- 2014-01-08 CN CN201420010099.9U patent/CN203665666U/zh not_active Expired - Lifetime
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