CN108501373B - 一种自动调节出料方式的温度可控3d打印喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，属于3D打印技术领域；所要解决的技术问题为现有喷头调控不便，打印材料温度控制和出料方式控制困难；采用的技术方案为：喷头外壳为底部敞口，顶部中心开孔的空心圆筒，圆环形固定板固定在喷头外壳内壁的中下部形成出料口；装料桶为空心圆管，同心套装在喷头外壳内部，挤压活塞套装在装料桶内；电阻丝均匀缠绕在导热层的外壁上，导热层套装在装料桶外并和装料桶外壁紧密贴合；三个收敛片相互之间紧密贴合形成一个顶部开口的倒圆锥，三个收敛片分别通过转轴与出料口相连，三个压缩弹簧分别固定在三个收敛片和喷头外壳内壁之间；两个外加电场电极片对称嵌装在喷头外壳内壁底部。
Description
技术领域
本发明一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，属于3D打印技术领域。
背景技术
生物3D打印机是一种可采用多种生物材料打印的快速成型设备，利用相关数据打印出实体3D生物材料相容性结构，其制作的生物打印模型具有符合设计要求的外在形式和开放性的内在结构。简单来说，生物3D打印机通过控制打印材料筒在三维空间的移动，将处于流体、胶体或糊状的生物材料通过气压挤出，材料通过层层堆积后成型出不同形状的模型，从而完成3D打印过程。
然而，由于材料性质不同，其对打印的条件的需求也不同，例如温度高低、材料粒径大小。或者对打印材料出料方式的要求不同，所需求的打印条件也不尽相同。现有3D打印喷头通常在喷头处设计一个加热模块，从而达到加热生物材料的目的。或者采用不同直径的多通道多喷头进行生物3D打印，实现不同粒径的生物材料的打印。
现有技术中，温控生物3D打印喷头只能进行单点温度控制，会导致生物材料加热不均匀，影响生物材料打印质量。现有的生物3D打印喷头无法实现根据材料粒径大小来控制喷头直径，导致生物打印喷头容易堵塞，在打印细胞时，甚至导致细胞死亡。除此之外，现有的生物3D打印喷头无法控制材料的出料方式，导致打印的生物3D结构与预期结构出现偏差。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为现有喷头调控不便，打印材料温度控制和出料方式控制困难。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，包括：喷头外壳、生物装料模块、温度控制模块、喷口直径控制模块和外加电场电极片；
所述喷头外壳为底部敞口，顶部中心开孔的空心圆筒，圆环形固定板固定在喷头外壳内壁的中下部形成出料口，喷头外壳上开有两个对称分布的散热孔；
所述生物装料模块包括装料桶和挤压活塞，装料桶为空心圆管，同心套装在喷头外壳内部并固定在圆环形固定板上，挤压活塞套装在装料桶内；
所述温度控制模块包括电阻丝和导热层，电阻丝均匀缠绕在导热层的外壁上，导热层套装在装料桶外并和装料桶外壁紧密贴合；
所述喷口直径控制模块包括三片收敛片和三个压缩弹簧，所述三个收敛片相互之间紧密贴合形成一个顶部开口的倒圆锥，三个收敛片分别通过转轴与出料口相连，三个压缩弹簧分别固定在三个收敛片和喷头外壳内壁之间；
两个外加电场电极片对称嵌装在喷头外壳内壁底部。
所述收敛片的截面为Z字形，三个收敛片之间相互搭接，紧密贴合。
所述温度控制模块还包括温度传感器和主控模块，温度传感器焊接在导热层内壁上，温度传感器与主控模块的输入端连接，主控模块的输出端与温度控制模块的加热控制开关相连。
所述温度传感器为接触式温度传感器。
所述温度控制模块还包括两个散热扇，分别嵌装于喷头外壳上的两个散热孔内，两个散热扇的控制开关与温度控制模块中主控模块的输出端相连。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明通过均匀缠绕的电阻丝发热后，经导热层可对装料桶中的生物材料进行均匀加热，通过温度传感器可以有效进行加热温度的控制，有效避免了因加热不均匀，温度控制不方便对打印结果的不利影响。
2、本发明通过设置3个收敛片，以及3个收敛片和喷头外壳之间设置的压缩弹簧，实现了喷头张口直径可变，在细胞等生物材料打印过程中，避免了因喷头直径太小而导致细胞死亡。
3、本发明通过电极片施加电场，通过电场控制材料出料方式，实现了生物材料出料的一致性，提高了打印质量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为本发明中收敛片的截面图。
图中：1为喷头外壳，2为外加电场电极片，3为圆环形固定板，4为出料口，5为散热孔，6为装料桶，7为挤压活塞，8为电阻丝，9为导热层，10为收敛片，11为压缩弹簧，12为温度传感器，13为散热扇。
具体实施方式
如图1—图3所示，本发明一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，包括：喷头外壳1、生物装料模块、温度控制模块、喷口直径控制模块和外加电场电极片2；
所述喷头外壳1为底部敞口，顶部中心开孔的空心圆筒，圆环形固定板3固定在喷头外壳1内壁的中下部形成出料口4，喷头外壳1上开有两个对称分布的散热孔5；
所述生物装料模块包括装料桶6和挤压活塞7，装料桶6为空心圆管，同心套装在喷头外壳1内部并固定在圆环形固定板3上，挤压活塞7套装在装料桶6内；
所述温度控制模块包括电阻丝8和导热层9，电阻丝8均匀缠绕在导热层9的外壁上，导热层9套装在装料桶6外并和装料桶6外壁紧密贴合；
所述喷口直径控制模块包括三片收敛片10和三个压缩弹簧11，所述三个收敛片10相互之间紧密贴合形成一个顶部开口的倒圆锥，三个收敛片10分别通过转轴与出料口4相连，三个压缩弹簧11分别固定在三个收敛片10和喷头外壳1内壁之间；
两个外加电场电极片2对称嵌装在喷头外壳1内壁底部。
所述收敛片10的截面为Z字形，三个收敛片10之间相互搭接，紧密贴合。
所述温度控制模块还包括温度传感器12和主控模块，温度传感器12焊接在导热层9内壁上，温度传感器12与主控模块的输入端连接，主控模块的输出端与温度控制模块的加热控制开关相连。
所述温度传感器12为接触式温度传感器。
所述温度控制模块还包括两个散热扇13，分别嵌装于喷头外壳1上的两个散热孔5内，两个散热扇13的控制开关与温度控制模块中主控模块的输出端相连。
本发明的工作原理：打印生物材料进入装料桶6后，通过挤压活塞7将生物材料输送到加热部位，对生物材料进行均匀加热。加热完成后，挤压活塞7继续将生物材料输送到出料口4，当生物材料粒径较大时，对出料口4的收敛片10产生压力，通过收敛片10将压力传递到压缩弹簧11上，压缩弹簧11收缩，从而达到喷头张口直径可控的目的。同时在出料口4两侧的外加电场电极片2之间产生电场，从而使碳纳米管，纳米金棒等打印材料方向具有一致性，进而达到控制材料出料方式的目的。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，其特征在于包括：喷头外壳（1）、生物装料模块、温度控制模块、喷口直径控制模块和外加电场电极片（2）；
所述喷头外壳（1）为底部敞口，顶部中心开孔的空心圆筒，圆环形固定板（3）固定在喷头外壳（1）内壁的中下部形成出料口（4），喷头外壳（1）上开有两个对称分布的散热孔（5）；
所述生物装料模块包括装料桶（6）和挤压活塞（7），装料桶（6）为空心圆管，同心套装在喷头外壳（1）内部并固定在圆环形固定板（3）上，挤压活塞（7）套装在装料桶（6）内；
所述温度控制模块包括电阻丝（8）和导热层（9），电阻丝（8）均匀缠绕在导热层（9）的外壁上，导热层（9）套装在装料桶（6）外并和装料桶（6）外壁紧密贴合；
所述喷口直径控制模块包括三片收敛片（10）和三个压缩弹簧（11），所述三个收敛片（10）相互之间紧密贴合形成一个顶部开口的倒圆锥，三个收敛片（10）分别通过转轴与出料口（4）相连，三个压缩弹簧（11）分别固定在三个收敛片（10）和喷头外壳（1）内壁之间；三片收敛片（10），以及三片收敛片（10）和喷头外壳之间设置的三个压缩弹簧（11），实现了喷头张口直径可变；
所述收敛片（10）的截面为Z字形，三个收敛片（10）之间相互搭接，紧密贴合；
两个外加电场电极片（2）对称嵌装在喷头外壳（1）内壁底部；
所述外加电场电极片（2）施加电场，通过电场控制材料出料方式，实现了生物材料出料的一致性。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，其特征在于：所述温度控制模块还包括温度传感器（12）和主控模块，温度传感器（12）焊接在导热层（9）内壁上，温度传感器（12）与主控模块的输入端连接，主控模块的输出端与温度控制模块的加热控制开关相连。
3.根据权利要求2所述的一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，其特征在于：所述温度传感器（12）为接触式温度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种自动调节出料方式的温度可控3D打印喷头，其特征在于：所述温度控制模块还包括两个散热扇（13），分别嵌装于喷头外壳（1）上的两个散热孔（5）内，两个散热扇（13）的控制开关与温度控制模块中主控模块的输出端相连。
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