3D打印机的进料装置、光固化打印挤出头及3D打印机的制作方法

3d打印机的进料装置、光固化打印挤出头及3d打印机
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，特别涉及一种3d打印机的进料装置、光固化打印挤出头及3d打印机。


背景技术：

2.目前，3d打印技术已经广泛应用于生物制造领域，尤其是应用于多种仿生组织支架的制备，包括多层皮肤、血管、骨骼缺损、神经组织、气管组织、心脏组织和软骨结构等。较于其他生物加工技术，3d打印技术功能强大、应用场景多样，因此极具潜力和研究价值，是用于制造基于活细胞和生物材料的三维组织工程支架的新兴技术。由于组织器官结构的极端复杂性以及活体细胞的敏感性，例如，人体组织上多材料和细胞在多尺度层次上的梯度有序结构，其中包括不同细胞类型的梯度、细胞密度梯度、细胞外基质化学梯度、组织机械梯度以及孔隙度梯度等，因此多通道多材料可控梯度打印机与其所配套的均匀混合装置的需求不断增加。
3.在进行多材料混合，多通道的材料进入混合管时需提供稳定均匀的推动力，由于对浓度梯度的调控要求，因此每个通道的推动力需单独提供，且可根据通道的数量以及打印材料的流动性更换推动力的形式，有利于打印材料在混合装置中顺利混合。现有技术中，多通道多材料可控梯度打印机中多采用气泵或丝杆运动作为每个通道的推动力，然而，采用气泵作为推动力时，因为管道内材料的流动性不同，气压的控制范围有限，在面对黏度高流动性差的材料时会造成挤出量不稳定、挂流、堵塞等的问题；而采用直线步进电机带动丝杆运动作为推动力时，虽然丝杆运动匀速且平稳，推力大，可以避免气泵挤出的堵塞问题，但同时需满足单通道单独控制的特性，当通道数量较多时，机械丝杆装置结构复杂体积较大不利于安装与使用。
4.因此，现有技术有必要进行改进。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中，3d打印机采用气泵作为推动力时，在面对黏度高流动性差的材料时会造成挤出量不稳定、挂流、堵塞等的问题，而采用直线步进电机带动丝杆运动作为推动力时，当通道数量较多时，机械丝杆装置结构复杂体积较大不利于安装与使用，因此，有必要提供一种3d打印机的进料装置、光固化打印挤出头及3d打印机用于解决上述问题。
6.第一方面，本发明提供一种3d打印机的进料装置，其包括机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，所述机械丝杆进料模组依次包括电机、联轴器、丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母座、用于固定针筒活塞的针筒活塞端固定装置和用于固定针筒主体的针筒固定装置，所述联轴器连接所述电机和所述丝杆，所述丝杆一端与所述联轴器连接，所述丝杆螺母置于丝杆的螺纹处，所述丝杆螺母固定在所述丝杆螺母座上，所述针筒活塞端固定装置与所述丝杆螺母座连接，所述针筒固定装置与所述针筒活塞端固定装置之间设有间隙，所述针筒固定装置与所述气泵装置进料模组通过进料管连接。
7.在一种实现方式中，所述丝杆两端分别为丝杆固定座和丝杆支撑座。
8.在一种实现方式中，所述机械丝杆进料模组还包括两个增高块，一个所述增高块设置在所述丝杆固定座的底部，另一个所述增高块设置在所述丝杆支撑座的底部。
9.在一种实现方式中，所述机械丝杆进料模组还包括底部导轨和滑块，所述滑块与所述丝杆螺母座的下端固定连接，所述滑块设置于所述底部导轨上，所述底部导轨与所述丝杆同方向设置，所述导轨两端分别与两个所述增高块连接。
10.在一种实现方式中，所述电机为直线步进电机，所述丝杆为横截面直径为8mm以及导程为1mm的丝杠。
11.在一种实现方式中，所述气泵装置进料模组包括至少一个多出口的外置气泵装置和与所述外置气泵装置连接的供气导管，以及用于连接打印材料的进料管和所述供气导管的转接头，所述针筒固定装置通过所述进料管与所述供气导管连接。
12.第二方面，本发明还提供一种3d打印机的光固化打印挤出头，所述3d打印机的光固化打印挤出头和上述任意一项所述的所述3d打印机的进料装置相连接，所述3d打印机的光固化打印挤出头包括外壳、设置在所述外壳上的紫外灯珠安装槽、设置在所述紫外灯珠安装槽上的挤出头出口、设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板和与所述挤出头出口间隔设置的导管出入口。
13.在一种实现方式中，所述3d打印机的光固化打印挤出头还包括内部控制器和与所述挤出头出口连接的保温装置，所述内部控制器与所述保温装置连接，所述内部控制器用于控制所述保温装置进行保温和控制紫外灯珠的发光。
14.在一种实现方式中，所述紫外灯珠安装槽的布局方式包括环状安装、直线型安装或四角安装中的任意一种方式。
15.第三方面，本发明还提供一种生物3d打印机，其包括上述任意一项的3d打印机的进料装置和/或上述任意一项的3d打印机的光固化打印挤出头。
16.有益效果：本发明提供的3d打印机的进料装置通过同时设置机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，集机械丝杆和气泵压力为一体，同时提供两种推动力，增加了可打印材料的种类，避免打印黏度高流动性差的材料时可能出现的挤出量不稳定、挂流、堵塞等问题，同时增加了多通道单独可调控性，能够对各个不同的通道内的挤出速率和气压力大小进行分别调节，使得打印材料在后续混合装置中能顺利均匀比例混合，能够解决在多材料混合时的可调控推动力问题，适用于需进行紫外交联材料的3d打印机，提升了产品的多样性；同时本发明提供的3d打印机的光固化打印挤出头，同时满足了光固化紫外灯和挤出管的固定，设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板便于对挤出头内部的观察、更换与维修。
附图说明
17.图1是本发明提供的3d打印机的进料装置的整体结构示意图；图2是本发明提供的3d打印机的进料装置的另一角度的整体结构示意图；图3是本发明提供的3d打印机的进料装置的右视图；图4是本发明提供的3d打印机的光固化打印挤出头的整体结构示意图。
18.其中，图中：100、3d打印机的进料装置；111、电机；112、电机固定架；12、联轴器；
131、丝杆；132、丝杆螺母；133、丝杆螺母座；141、针筒活塞端固定装置；142、针筒固定装置；151、丝杆固定座；152、丝杆支撑座；153、增高块；161、底部导轨；162、滑块；17、底板；200、3d打印机的光固化打印挤出头；21、外壳；22、紫外灯珠安装槽；23、挤出头出口；24、导管出入口；25、滑轨螺纹孔；26、可拆卸板螺纹孔。
19.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
22.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
23.第一实施例请结合参照图1-图3，图1是本发明提供的3d打印机的进料装置100的整体结构示意图，图2是本发明提供的3d打印机的进料装置100的另一角度的整体结构示意图，图3是本发明提供的3d打印机的进料装置100的右视图。
24.本发明提供一种3d打印机的进料装置100，其包括机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，所述机械丝杆进料模组依次包括电机111、联轴器12、丝杆131、丝杆螺母132、丝杆螺母座133、用于固定针筒活塞的针筒活塞端固定装置141和用于固定针筒主体的针筒固定装置142，所述联轴器12连接所述电机111和所述丝杆131，所述丝杆131两端分别为丝杆固定座151和丝杆支撑座152，所述丝杆131一端与所述联轴器12连接，所述丝杆螺母132置于所述丝杆131的螺纹处，所述丝杆螺母132固定在所述丝杆螺母座133上，所述针筒活塞端固定装置141与所述丝杆螺母座133连接，所述针筒固定装置142与所述针筒活塞端固定装置141之间设有间隙，所述针筒固定装置142与所述气泵装置进料模组通过进料管连接。
25.本实施例中提供的3d打印机的进料装置100通过同时设置机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，同时提供两种推动力，增加了可打印材料的种类，避免打印黏度高流动性差的材料时可能出现的挤出量不稳定、挂流、堵塞等问题，在需要对挤出的打印材料进行比例调控时，可以通过计算机对所述电机111的程序与所述气泵装置进料模组分别微控制，使用多个所述丝杆131或所述气泵装置进料模组的多出口多气泵中的多通道，实现多通道多材料的挤出；同时本发明提供的3d打印机的光固化打印挤出头200，同时满足了光固化紫外
灯和挤出管的固定，设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板便于对挤出头内部的观察、更换与维修。
26.具体的，本实施例中的所述电机111为直线步进电机，所述直线步进电机部分与所述联轴器12连接，程序控制所述直线步进电机带动所述丝杆131转动，进而带动针筒活塞向前挤压出打印材料。优选的，所述联轴器12选择直径为5mm的类型。所述机械丝杆进料模组还包括设置在所述电机111远离所述联轴器12一端的电机固定架112，所述电机固定架112用于将所述电机111固定在指定位置。
27.在本实施例中，所述丝杆131选择横截面直径为8mm以及导程为1mm的0801类型的丝杆，所述丝杆131选择1mm的导程使得步进距离尽可能缩小，使得所述丝杆131的运动更加匀速平稳，有利于程序实现微量控制，满足不同材料和细胞实现多尺度多层次的浓度梯度混合时所需的微调推动力的给予。
28.所述丝杆螺母132与所述丝杆131配套设置，所述丝杆螺母座133用于收容并固定所述丝杆螺母132。所述针筒活塞端固定装置141用于固定针筒的活塞端，所述针筒固定装置142用于固定针筒主体，所述针筒活塞端固定装置141和所述针筒固定装置142之间设有间隙，并共同作用实现对针筒的固定。所述丝杆螺母座133随所述丝杆131移动带动活塞（图未示）推进，为活塞针筒内打印材料提供挤出推动力，使得打印材料能够均匀顺利挤出并进入后续的混合装置中混合。
29.进一步的，所述机械丝杆进料模组还包括分别设置在所述丝杆131两端的丝杆固定座151和丝杆支撑座152。所述丝杆支撑座152和所述丝杆固定座151在固定端备有和所述丝杆131刚性相配合的高刚性低摩擦的角接触轴承（图未示），实现高精度的固定轴承。
30.在本实施例中，所述机械丝杆进料模组还包括两个增高块153，一个所述增高块153设置在所述丝杆固定座151的底部，另一个所述增高块153设置在所述丝杆支撑座152的底部。所述3d打印机的进料装置100还包括整体底板17，所述针筒固定装置142、所述增高块153、所述导轨和所述电机固定架112均固定设置在所述整体底板17上，用于保证所述机械丝杆进料模组在使用过程中的稳定性。
31.所述机械丝杆131进料模组10还包括底部导轨161和滑块162，所述滑块162与所述丝杆螺母座133的下端固定连接，所述滑块162设置于所述底部导轨161上，所述底部导轨161与所述丝杆131同方向设置，所述导轨两端分别与两个所述增高块153连接。所述底部导轨161和所述滑块162利用程序控制与所述电机111工作，保障所述丝杆螺母座133运动时的稳定性。具体的，当所述底部导轨161与所述电机111的工作频率相同时，所述滑块162与所述丝杆螺母座133同时运动，提高了所述丝杆螺母座133的稳固性，避免所述丝杆螺母座133在运动时左右倾斜晃动，进而导致活塞推进不稳定而导致的挤出量不稳定、挂流和堵塞等问题。在本实施例中，所述导轨的型号选择mgn9c，所述滑块162的型号选择hgw15。
32.所述气泵装置进料模组（图未示）包括至少一个多出口的外置气泵装置和与所述外置气泵装置连接的供气导管，以及用于连接打印材料的进料管和所述供气导管的转接头，所述针筒固定装置142通过所述进料管与所述供气导管连接。设置至少一个的多出口的外置气泵装置提供了多通道单独控制气压的可能性，使得各类打印材料能够根据各自所需的浓度与比例进行不同气压推动力的选择，进而可进入后续的混合装置进行比例混合。通过设置所述转接头用于连接固定所述进料管和所述供气导管，能够提供足够的密闭性，防
止漏气，有利于气压推动力的顺利提供。
33.需要说明的是，本发明提供的集机械丝杆131和气泵压力为一体的3d打印机的进料装置100，可以根据打印机的需求自行选择与装配。当同时使用所述机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组时，进料管一端固定在所述针筒固定装置142上，另一端与所述气泵装置进料模组连接。当打印流质胶体时，还需要垂直放置所述气泵装置进料模组。
34.第二实施例请具体参阅图4，图4是本发明提供的3d打印机的光固化打印挤出头200的整体结构示意图。
35.本实施例中提供一种3d打印机的光固化打印挤出头200，所述3d打印机的光固化打印挤出头200和本发明提供的所述3d打印机的进料装置100相连接。所述3d打印机的光固化打印挤出头200包括外壳21、设置在所述外壳21上的紫外灯珠安装槽22、设置在所述紫外灯珠安装槽22上的挤出头出口23、设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板（图未示）和与所述挤出头出口23间隔设置的导管出入口24。所述紫外灯珠安装槽22用于安装紫外光灯（图未示），能够在挤出打印的同时对打印出的材料进行快速紫外光交联固化。
36.具体的，所述紫外光灯包括九点平面型和单点灯珠型中的任意一种，在本实施例中，所述紫外光灯为单点灯珠型。当采用单点灯珠型的紫外光灯时，所述紫外光灯的体积小且利于安装位置的分布用于提供均匀的紫外光。所述紫外灯珠可选择不同的功率与波段，其中本发明为保障打印材料中细胞、组织的生物活性，优选使用的是功率3-5w，波段400-405nm的紫外灯珠类型，也可根据不同打印材料的需求进行选择。所述紫外灯珠在安装时还需要将其固定在散热板（图未示）上以减少其发热，以保障所述紫外灯珠持续地工作，延长其使用寿命。
37.所述紫外灯珠安装槽22的布局方式包括环状安装、直线型安装或四角安装中的任意一种方式。在本实施例中，所述紫外灯珠安装槽22的布局方式为环状安装模式，利于紫外灯珠的均匀分布，提供发散稳固的紫外光，利于在挤出打印的同时对打印出的材料进行快速紫外交联固化。
38.所述3d打印机的光固化打印挤出头200还包括内部控制器（图未示）和与所述挤出头出口连接的保温装置（图未示），所述内部控制器与所述保温装置连接，所述内部控制器用于控制所述保温装置进行保温和控制紫外灯珠的发光。所述内部控制器包括控制紫外灯珠发光照射的控制电路和控制芯片，所述保温装置用于对温度有需求的材料进行保温挤出。当工作时，计算机利用usb上传控制程序进行控制所述控制电路与控制芯片实现所述3d打印机的光固化打印挤出头200的实现自动化作业。
39.此外，所述3d打印机的光固化打印挤出头200还包括设置在所述挤出头出口23两侧并用于固定所述可拆卸安装板的可拆卸板螺纹孔26，以及用于将其固定于移动滑轨的滑轨螺纹孔25。所述可拆卸安装板还可以选择为可拆卸透明板，所述可拆卸透明板可以实现对所述外壳21内部的观察，同时便于对芯片利用usb上传程序与及时更换料管。在其他实施例中，所述外壳21与所述可拆卸安装板之间也可根据需要选择其他连接方式，例如卡合固定。
40.本发明提供的3d打印机的进料装置100和3d打印机的光固化打印挤出头200可用于多通道多材料打印机的梯度均匀混合进料，适用于装配在打印材料需进行紫外交联的生
物3d打印机，打印例如明胶、gelma基、普朗尼克、聚乙二醇等流质胶体材料。
41.第三实施例本发明还提供了一种生物3d打印机，其包括本发明提供的任意一项的3d打印机的进料装置100和/或任意一项的3d打印机的光固化打印挤出头200，所述3d打印机的进料装置100和所述3d打印机的光固化打印挤出头200相连接。本发明提供的生物3d打印机能够适用于目前极具潜力和研究价值的3d打印机领域，并一定程度上可以解决现存的多材料浓度难以梯度可调控混合打印的问题，提升了产品的多样性。
42.总的来说，本发明提供的3d打印机的进料装置100通过集所述机械丝杆进料模组和所述气泵装置进料模组于一体，集成提高两种推动力，增加了可打印材料的种类，可选择性避免黏度高流动性差的材料时会造成挤出量不稳定、挂流、堵塞等的问题；通过设置包括至少一个多出口的外置气泵装置的气泵装置进料模组，其中所述多出口的外置气泵装置与所述丝杆131相结合增加了多通道单独可调控性，通过对各个不同的通道内的挤出速率、气压力大小进行分别调节，使得打印材料在后续混合装置中能顺利均匀比例混合，有助于解决多材料浓度难以梯度可调控混合打印的问题，提升了产品的多样性；本发明提供的3d打印机的光固化打印挤出头200能够同时满足光固化紫外灯和挤出管的固定，有利于在挤出打印的同时对打印出的材料进行快速紫外交联固化，同时设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板便于对挤出头内部的观察、更换与维修。
43.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种3d打印机的进料装置，其特征在于，包括机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，所述机械丝杆进料模组依次包括电机、联轴器、丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母座、用于固定针筒活塞的针筒活塞端固定装置和用于固定针筒主体的针筒固定装置，所述联轴器连接所述电机和所述丝杆，所述丝杆一端与所述联轴器连接，所述丝杆螺母置于所述丝杆的螺纹处，所述丝杆螺母固定在所述丝杆螺母座上，所述针筒活塞端固定装置与所述丝杆螺母座连接，所述针筒固定装置与所述针筒活塞端固定装置之间设有间隙，所述针筒固定装置与所述气泵装置进料模组通过进料管连接。2.根据权利要求1所述的3d打印机的进料装置，其特征在于，所述丝杆两端分别为丝杆固定座和丝杆支撑座。3.根据权利要求2所述的3d打印机的进料装置，其特征在于，所述机械丝杆进料模组还包括两个增高块，一个所述增高块设置在所述丝杆固定座的底部，另一个所述增高块设置在所述丝杆支撑座的底部。4.根据权利要求3所述的3d打印机的进料装置，其特征在于，所述机械丝杆进料模组还包括底部导轨和滑块，所述滑块与所述丝杆螺母座的下端固定连接，所述滑块设置于所述底部导轨上，所述底部导轨与所述丝杆同方向设置，所述导轨两端分别与两个所述增高块连接。5.根据权利要求1所述的3d打印机的进料装置，其特征在于，所述电机为直线步进电机，所述丝杆为横截面直径为8mm以及导程为1mm的丝杠。6.根据权利要求1所述的3d打印机的进料装置，其特征在于，所述气泵装置进料模组包括至少一个多出口的外置气泵装置和与所述外置气泵装置连接的供气导管，以及用于连接打印材料的进料管和所述供气导管的转接头，所述针筒固定装置通过所述进料管与所述供气导管连接。7.一种3d打印机的光固化打印挤出头，其特征在于，所述3d打印机的光固化打印挤出头和权利要求1-6任意一项所述的所述3d打印机的进料装置相连接，所述3d打印机的光固化打印挤出头包括外壳、设置在所述外壳上的紫外灯珠安装槽、设置在所述紫外灯珠安装槽上的挤出头出口、设置在所述挤出头出口两侧的可拆卸安装板和与所述挤出头出口间隔设置的导管出入口。8.根据权利要求7所述的3d打印机的光固化打印挤出头，其特征在于，所述3d打印机的光固化打印挤出头还包括内部控制器和与所述挤出头出口连接的保温装置，所述内部控制器与所述保温装置连接，所述内部控制器用于控制所述保温装置进行保温和控制紫外灯珠的发光。9.根据权利要求7所述的3d打印机的光固化打印挤出头，其特征在于，所述紫外灯珠安装槽的布局方式包括环状安装、直线型安装或四角安装中的任意一种方式。10.一种生物3d打印机，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的3d打印机的进料装置和/或权利要求7-9任意一项所述的3d打印机的光固化打印挤出头。

技术总结
本发明提供一种3D打印机的进料装置、光固化打印挤出头及3D打印机。其中，3D打印机的进料装置包括机械丝杆进料模组和气泵装置进料模组，所述机械丝杆进料模组依次包括电机、联轴器、丝杆、丝杆螺母、丝杆螺母座、用于固定针筒活塞的针筒活塞端固定装置和用于固定针筒主体的针筒固定装置。联轴器连接所述电机和所述丝杆，丝杆一端与所述联轴器连接，丝杆螺母置于所述丝杆的螺纹处，固定在丝杆螺母座上。针筒活塞端固定装置与所述丝杆螺母座连接，针筒固定装置与所述针筒活塞端固定装置之间设有间隙，针筒固定装置与所述气泵装置进料模组通过进料管连接。本发明能够解决在多材料混合时的可调控推动力问题，适用于需进行紫外交联材料的3D打印机。材料的3D打印机。材料的3D打印机。


技术研发人员：岳衎 李颖欣 邓可琪 梁钰婷 刘祺 杨景周
受保护的技术使用者：深圳大洲医学科技有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/9/25