CN207256888U - 用于微流控芯片加工的3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种对比现有技术加工便捷、成本较低、精度较高的用于微流控芯片加工的3D打印机。一种用于微流控芯片加工的3D打印机，包括打印机本体和设于打印机本体上的动力源、机械臂、打印光板、储液槽和光照组件，所述的动力源与机械臂和光照组件电连接，动力源上设有用于控制机械臂、打印光板和光照组件的控制部件；所述的机械臂连接打印光板，机械臂上设有用于实时监测打印光板高度位置的位置检测器；所述的打印机本体底面设有水平检测器和至少三个调节底座。本实用新型利用合适的光照组件产生的光照射打印介质，在打印光板的配合下实现微流控芯片的高精度分层打印，显著提高了微流控芯片的加工效率和加工精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及微流控芯片的加工设备，特别涉及一种用于微流控芯片加工的3D打印机。
背景技术
微流控技术指的是在微升级或纳升级反应空间中精确流体控制的一门技术。作为一门涉及化学、流体物理 、微电子、新材料、生物学和生物医学等领域的前沿技术，微流控技术具有微型化，集成化，便携化等优点。微流控芯片利用微升级流体在芯片内构建微型的反应和分析单元，实现对无机离子、有机物质、核酸、蛋白质和其他生化组份快速、准确的检测，因此微流控芯片也被称为“芯片上的实验室”（Lab on a chip）。这种芯片具备体积轻巧、使用样品及试剂量少、反应速度快、可大量平行处理、即用即弃等优点，被用于各个分析领域，如生物医学、新药物的合成与筛选以及检验检疫、环境监测、刑事科学、军事科学和航天科学等重要应用领域。
微流控芯片一般由PDMS、玻璃、高聚物等材料制成，其中PDMS和玻璃芯片在实验室中使用较多，不容易量产，而塑料芯片量产的成本低，因而成为市场应用的主流。塑料芯片的现有制备方法主要是热压法、注塑法和激光加工法，热压法及注塑法包括热模压工艺、封合工艺等，制备过程简单易行，但由于热压及封合过程中容易造成通道变形，往往产生较大误差。激光加工法可以改善这些问题，但是所用的激光设备成本较高，所用材料限定较窄。塑料芯片无论是采用热压还是注塑方式，都需要先制作模具，钢制模具或合金模具的制作时间长，成本高，只有批量生产的时候才能拉低芯片的价格。因此在芯片需求量小的情况下，塑料芯片的加工将是十分昂贵的。综上所述，开发一种用于微流控芯片生产的新型加工设备，实现低成本的、高精度的微流控芯片加工，很有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种对比现有技术加工便捷、成本较低、精度较高的用于微流控芯片加工的3D打印机，解决背景技术中提出的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于微流控芯片加工的3D打印机，包括打印机本体和设于打印机本体上的动力源、机械臂、打印光板、储液槽和光照组件，所述的动力源与机械臂和光照组件电连接，动力源上设有用于控制机械臂、打印光板和光照组件的控制部件；所述的机械臂连接打印光板，机械臂上设有用于实时监测打印光板高度位置的位置检测器，位置检测器与控制部件电连接；所述的打印光板下方设置用于盛放打印介质的储液槽，储液槽下方设置光照组件；所述的储液槽底部设有用于接收光照的投影屏；所述的打印机本体底面设有水平检测器和至少三个调节底座，调节底座均布于打印机本体底面，水平检测器设于打印机本体底面中心，水平检测器和调节底座均与控制部件电连接。设有控制部件的动力源被设置为当水平检测器的反馈结果不合格时，即3d打印机机位不处于水平状态时，动力源不给予机械臂和光照组件动力，不进行打印动作，同时，控制部件控制所有的调节底座进行高度调节直至水平检测器的反馈结果符合水平要求；打印过程中，打印光板在储液槽中从适当高度位置开始运动配合其他部件实现分层打印，位置检测器实时反馈打印光板在打印过程中的高度位置变化给控制部件。
作为优选，所述的打印光板的外廓投影与储液槽的内廓投影相同。
作为优选，所述的打印介质为由功能性聚合物单体、交联剂、光引发剂配制成的光敏树脂液体介质。
作为优选，所述的光照组件为光照强度100~250mJ/cm2的组件。
作为优选，所述的光照组件包括由下而上依次设置的光源、快门和凸透镜，凸透镜设于投影屏的正下方。
作为优选，所述的光源为紫外波长200~300nm的光源。
作为优选，所述的调节底座包括底座本体、驱动杆、驱动齿轮、从动齿轮、丝杆，丝杆设于底座本体上，底座本体设有与丝杆配合的螺纹孔，丝杆与从动齿轮固定连接，驱动杆与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与从动齿轮配合连接，驱动杆与控制部件电连接。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的用于微流控芯片加工的3D打印机，在高精度的水平位置和高度位置控制环境下，利用合适的光照组件产生的光照射打印介质，在打印光板的配合下实现微流控芯片的高精度分层打印，使微流控芯片的微通道、芯片出入口的开孔、微流道的封闭全部在同一个加工步骤中实现，显著提高了微流控芯片的加工效率和加工精度。
附图说明
图1是本实用新型的主视结构示意图；
图2是本实用新型中调节底座的结构示意图。
图中：1、打印机本体，2、动力源，3、机械臂，4、打印光板，5、储液槽，6、光照组件，7、控制部件，8、位置检测器，9、投影屏，10、光源，11、快门，12、凸透镜，13、水平检测器，14、调节底座，15、底座本体，16、驱动杆，17、驱动齿轮，18、从动齿轮，19、丝杆，20、螺纹孔，21、打印介质。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本实用新型的实施并不局限于下面的实施例，对本实用新型所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本实用新型保护范围。
实施例：
如图1所示的一种用于微流控芯片加工的3D打印机，包括打印机本体1和设于打印机本体上的动力源2、机械臂3、打印光板4、储液槽5和光照组件6。动力源与机械臂和光照组件电连接，动力源上设有用于控制机械臂、打印光板和光照组件的控制部件7，机械臂连接打印光板，机械臂上设有用于实时监测打印光板高度位置的位置检测器8，位置检测器与控制部件电连接。
打印光板下方设置用于盛放打印介质21的储液槽，打印介质为由功能性聚合物单体、交联剂、光引发剂配制成的光敏树脂液体介质，打印光板的外廓投影与储液槽的内廓投影相同，储液槽下方设置光照组件，储液槽底部设有用于接收光照的投影屏9。
光照组件为光照强度100~250mJ/cm2的组件，光照组件包括由下而上依次设置的光源10、快门11和凸透镜12，凸透镜设于投影屏的正下方，光源为紫外波长200~300nm的光源。
打印机本体底面设有水平检测器13和四个调节底座14，四个调节底座均布于打印机本体底面，水平检测器设于打印机本体底面中心，水平检测器和调节底座均与控制部件电连接。如图2所示，调节底座包括底座本体15、驱动杆16、驱动齿轮17、从动齿轮18、丝杆19，丝杆设于底座本体上，底座本体设有与丝杆配合的螺纹孔20，丝杆与从动齿轮固定连接，驱动杆与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与从动齿轮配合连接，驱动杆与控制部件电连接。
设有控制部件的动力源被设置为当水平检测器的反馈结果不合格时，即3d打印机机位不处于水平状态时，动力源不给予机械臂和光照组件动力，不进行打印动作，同时，控制部件控制所有的调节底座进行高度调节直至水平检测器的反馈结果符合水平要求；打印过程中，打印光板在储液槽中从适当高度位置开始运动配合其他部件实现分层打印，位置检测器实时反馈打印光板在打印过程中的高度位置变化给控制部件。
本实施例的3D打印机的打印步骤为：
1） 将微流控芯片的三维图上传至控制部件，控制部件将其转为可执行的打印文件。
2）在储液槽中倒入光敏树脂液体打印介质。其中，聚合物单体可以选择HEMA、ETPTA、PEG系列；光引发剂以溶液体积的1%加入，主要可以选择使用HMPP等液态透明溶液；交联剂主要用于促进聚合物网络结构的稳定性，主要可以选择EGDMA。
3）设置光照时间，光照时间一般控制在10s以内。
4）启动打印机，控制部件将打印光板下降至储液槽底部上方20um左右停止。
5）按照预先设定的微流控芯片每层厚度以及微流控芯片的总厚度，计算出需要打印的层数n。
6）开始打印第一层，光照组件的光照射到待打印的区域，需要打印的区域实现光聚合反应，不需要打印的空隙不被光照，不发生光聚合反应。
7）机械臂带动打印光板向上移动打印第二层，以此类推，直到所有层打印完毕。
本实施例在高精度的水平位置和高度位置控制环境下，利用合适的光照组件产生的光照射打印介质，在打印光板的配合下实现微流控芯片的高精度分层打印，使微流控芯片的微通道、芯片出入口的开孔、微流道的封闭全部在同一个加工步骤中实现，显著提高了微流控芯片的加工效率和加工精度。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：该用于微流控芯片加工的3D打印机包括打印机本体和设于打印机本体上的动力源、机械臂、打印光板、储液槽和光照组件，所述的动力源与机械臂和光照组件电连接，动力源上设有用于控制机械臂、打印光板和光照组件的控制部件；所述的机械臂连接打印光板，机械臂上设有用于实时监测打印光板高度位置的位置检测器，位置检测器与控制部件电连接；所述的打印光板下方设置用于盛放打印介质的储液槽，储液槽下方设置光照组件；所述的储液槽底部设有用于接收光照的投影屏；所述的打印机本体底面设有水平检测器和至少三个调节底座，调节底座均布于打印机本体底面，水平检测器设于打印机本体底面中心，水平检测器和调节底座均与控制部件电连接。
2.根据权利要求1所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的打印光板的外廓投影与储液槽的内廓投影相同。
3.根据权利要求1所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的打印介质为由功能性聚合物单体、交联剂、光引发剂配制成的光敏树脂液体介质。
4.根据权利要求1所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的光照组件为光照强度100~250mJ/cm2的组件。
5.根据权利要求1所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的光照组件包括由下而上依次设置的光源、快门和凸透镜，凸透镜设于投影屏的正下方。
6.根据权利要求5所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的光源为紫外波长200~300nm的光源。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于微流控芯片加工的3D打印机，其特征在于：所述的调节底座包括底座本体、驱动杆、驱动齿轮、从动齿轮、丝杆，丝杆设于底座本体上，底座本体设有与丝杆配合的螺纹孔，丝杆与从动齿轮固定连接，驱动杆与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与从动齿轮配合连接，驱动杆与控制部件电连接。
Priority Applications (1)
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| CN201721301084.8U CN207256888U (zh) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | 用于微流控芯片加工的3d打印机 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN207256888U true CN207256888U (zh) | 2018-04-20 |
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ID=61916896
Family Applications (1)
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| CN201721301084.8U Active CN207256888U (zh) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | 用于微流控芯片加工的3d打印机 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN207256888U (zh) |
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2017
- 2017-10-10 CN CN201721301084.8U patent/CN207256888U/zh active Active
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