一种微型温控装置及生物3D打印机的制作方法

一种微型温控装置及生物3d打印机
技术领域
1.本发明涉及生物3d打印技术领域，具体而言，涉及一种微型温控装置及生物3d打印机。


背景技术：

2.随着人类社会的迅速发展，人们生活水平也日益提高，但工作压力也随之增加，心血管疾病患者也越来越多，随之带来的可移植器官的数量紧缺。在这样的环境下，生物医学工程逐渐引起人们的关注，生物3d打印技术得到了迅猛发展。在生物3d打印过程中，采用的部分生物墨水具备温敏特性，所以在打印的过程中对温度的控制显得格外重要。而现阶段对生物3d打印机温控装置内部气体温度场的分析，一般结合温控装置的热源温度计算内部气体温度场，并不能对内部气体的实际温度进行分析，导致对生物3d打印机温控装置内部气体温度场的控制不够准确，影响打印效果。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是现阶段对生物3d打印机并不能对内部气体的实际温度进行分析，导致对生物3d打印机温控装置内部气体温度场的控制不够准确，影响打印效果的至少一个方面。
4.为解决上述问题，本发明提供一种微型温控装置，包括箱体以及设置于所述箱体内部的打印结构和测温结构，所述箱体的侧壁设有适于所述红外观测装置观测的红外观测口，所述打印结构适于承接由所述打印喷头进入到所述箱体内的生物材料，所述测温结构包括设置于所述箱体的底壁的测温模块，且所述测温模块适于在所述红外观测装置下反映所述箱体内部的温度分布，以监测所述生物材料的打印成形温度。
5.较佳地，所述测温结构还包括与所述测温模块可拆卸连接的底座，且所述底座设置于所述箱体的底壁。
6.较佳地，所述测温模块包括多个从上到下依次设置的测温单元，所述测温单元包括水平设置的第一支架、第一导热件和第一隔热件，所述第一支架通过所述第一隔热件与所述第一导热件相连接，相邻所述测温单元的所述第一支架可拆卸连接，且靠近所述底座的所述测温单元的所述第一支架与所述底座可拆卸连接。
7.较佳地，所述底座包括水平设置的第二支架、第二导热件和第二隔热件，所述第二支架通过所述第二隔热件与所述第二导热件相连接，且所述第二支架上设置与靠近所述底座的所述测温单元的所述第一支架配合连接的第二凸起结构。
8.较佳地，所述第一支架的顶端设置有与相邻测温单元相互配合的第一凸起结构，所述第一支架的底端设置有与所述第二凸起结构或相邻测温单元的所述第一凸起结构配合连接的限位凹槽。
9.较佳地，所述打印结构包括相互连接的第三支架和打印平台，所述第三支架上设置与所述打印平台的周壁配合连接的第一定位凹槽，所述打印平台包括支撑板和设置于所
述支撑板上方的打印基底，所述打印基底适于隔绝所述支撑板与所述生物材料。
10.较佳地，所述箱体包括相互配合的槽体和盖体，且所述槽体的顶壁沿周向设置第二定位凹槽，所述盖体的底部设置与所述第二定位凹槽相配合定位凸边。
11.较佳地，所述槽体内还设置有适于容纳冷却介质的冷却槽，且所述冷却槽的底部设置有适于排水的排水孔。
12.较佳地，所述的微型温控装置，还包括红外观测镜片，所述槽体的侧壁上设置所述红外观测口，且所述红外观测口的周壁上设置适于与所述红外观测镜片配合连接的第三定位凹槽。
13.与现有技术比较，本发明所述微型温控装置，通过测温模块在外部的红外观测装置下反映所述箱体内部的温度分布，以监测所述生物材料的打印成形温度，能够更加准确地对箱体内部的实际温度进行控制，增强打印效果。
14.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种生物3d打印机，包括红外观测装置、打印喷头和所述的微型温控装置，且所述微型温控装置的箱体的顶端设置适于所述打印喷头进入的打印窗口。
15.本发明所述的生物3d打印机与所述微型温控装置相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
16.图1为本发明实施例中微型温控装置的结构示意图；
17.图2为本发明实施例中微型温控装置的结构示意图(无盖体)；
18.图3为根据本发明实施例中微型温控装置的槽体的结构示意图；
19.图4为根据本发明实施例中微型温控装置的盖体的结构示意图；
20.图5为根据本发明实施例中测温结构的结构示意图；
21.图6为根据本发明实施例中测温单元的结构示意图；
22.图7为根据本发明实施例中底座的结构示意图；
23.图8为根据本发明实施例中底座与测温单元的安装结构示意图；
24.图9为根据本发明实施例中打印结构的结构示意图；
25.图10为根据本发明实施例中第三支架的结构示意图；
26.图11为根据本发明实施例中打印平台的结构示意图。
27.附图标记说明：
[0028]1‑
箱体、11
‑
盖体、111
‑
打印窗口、115
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定位凸边、12
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槽体、121
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冷却槽、122
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排水孔、123
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排水管、124
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安装孔、125
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第二定位凹槽、126
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第三定位凹槽、2
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红外观测口、3
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测温结构、31
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测温模块、311
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第一支架、3111
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第一凸起结构、3112
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限位凹槽、3113
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绝热凹槽、312
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第一隔热件、313
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第一导热件、32
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底座、321
‑
第二支架、3211
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第二凸起结构、322
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第二隔热件、323
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第二导热件、324
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隔热垫、4
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打印结构、41
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第三支架、411
‑
第一定位凹槽、414
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支脚、42
‑
打印平台、421
‑
支撑板、422
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打印基底、5
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冷却介质、6
‑
观察窗。
具体实施方式
[0029]
现有生物3d打印机有多种类型，如挤出式、喷墨式、光固化式等。而喷墨式生物3d
打印机所用的生物墨水多为gelatin、gelma等温敏材料，由于它们在凝胶温度以上为液体状态、在凝胶温度以下为凝胶状态，而由于喷头内部温度处于凝胶温度以上，使得内部的生物墨水为液体状态。因此，喷墨式生物3d打印机的喷头内利用压电或热泡等驱动方式，在喷嘴口产生微小的液滴，液滴快速喷射而出并穿过温控装置内设定的气体温度场，液滴与气体温度完成对流换热后，其状态变为凝胶状态并粘接在温控装置底板上。而在生物3d打印过程中，采用的部分生物墨水具备温敏特性，所以在打印的过程中对温度的控制显得格外重要。
[0030]
而现阶段对生物3d打印机温控装置内部气体温度场的分析，一般结合温控装置的热源温度计算内部气体温度场，并不能对内部气体的实际温度进行分析，导致对生物3d打印机温控装置内部气体温度场的控制不够准确，影响打印效果。
[0031]
下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“x”的正向代表右方，“x”的反向代表左方，“y”的正向代表上方，“y”的反向代表下方，“z”的正向代表前方，“z”的反向代表后方，且术语“x”、“y”和“z”指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0032]
术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0033]
术语“一些具体的实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0034]
如图2所示，本发明实施例提供一种微型温控装置，用于与红外观测装置和打印喷头配合使用，包括箱体1以及设置于箱体1内部的打印结构4和测温结构3，箱体1的侧壁设有适于红外观测装置观测的红外观测口2，打印结构4适于承接由所述打印喷头进入到所述箱体1内的生物材料，测温结构3包括设置于箱体1的底壁的测温模块31，测温模块31用于与空气发生热量传递，且测温模块31适于在红外观测装置下反映箱体1内部的温度分布，以监测生物材料的打印成形温度。
[0035]
本实施例中微型温控装置，测温模块31具有很好的导热效果，能够快速与其附近的空气进行热量传递，从而使得温控模块与其附近的空气温度一致，在外部的红外观测装置下能够准确地反映箱体1内部的温度分布，以监测生物材料的打印成形温度，当箱体1内部达到要求温度后，装有生物材料的打印喷头进入到箱体1内部，在箱体1较低的温度影响下，生物材料由打印时的液体转变为凝胶状态，并滴落至打印结构4，通过打印喷头的移动完成打印成形，能够更加准确地对箱体1内部的实际温度进行控制，增强打印效果。
[0036]
如图5所示，在一些优选的实施例中，测温结构3还包括与测温模块31可拆卸连接的底座32，且底座32设置于箱体1的底壁。
[0037]
本实施例中由于箱体1是固定不动的，因此对于底座32与箱体1底壁的连接关系不做限制，底座32与箱体1底壁可以相互连接，也可以不连接，只要使得与底座32连接的测温
模块31能够适于红外观测装置监测即可。
[0038]
如图5
‑
6所示，在一些优选的实施例中，测温模块31包括多个从上到下依次设置的测温单元，测温单元包括水平设置的第一支架311、第一导热件313和第一隔热件312，第一支架311通过第一隔热件312与第一导热件313相连接，相邻所述测温单元的所述第一支架311可拆卸连接，且靠近底座32的测温单元的第一支架311与底座32可拆卸连接。
[0039]
需要说明的是，本实施例中，第一导热件313为紫铜材料制成。紫铜的导热效果极好，第一导热件313可以快速与其附近的空气进行热量传递，从而与其附近的空气温度一致，在外部的红外观测装置下能够准确地反映空气的温度，通过层层排列的测温单元即层层排列的第一导热件313，与整个箱体1内的空气进行热量传递，在外部的红外观测装置下即能够准确地反映箱体1内部的温度分布，以监测生物材料的打印成形温度，并对箱体1内部的温度进行控制。
[0040]
还需要说明的是，本实施例中，可以选择不同数量的测温单元形成测温模块31，以满足不同的测温高度。
[0041]
需要说明的是，本实施例中第一支架311用于支撑整个测温单元，第一隔热件312具备极高的隔热功能，可以减少第一支架311与第一导热件313之间的热传递，在一些优选的实施例中，第一隔热件312为气凝胶毡，柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保，材料易得，容易加工。
[0042]
如图8所示，在一些优选的实施例中，第一支架311上设置多个绝热凹槽3113，可以减少与其他部分的连接，减少热量的传递。
[0043]
如图7所示，在一些优选的实施例中，底座32包括水平设置的第二支架321、第二导热件323和第二隔热件322，第二支架321通过第二隔热件322与第二导热件323相连接。
[0044]
需要说明的是，本实施例中第二支架321用于支撑整个测温单元，第二隔热件322具备极高的隔热功能，可以减少第二支架321与第二导热件323之间的热传递，在一些优选的实施例中，第二隔热件322为气凝胶毡，柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保，材料易得，容易加工。
[0045]
在一些优选的实施例中，第二导热件323与靠近底座32的测温单元的第一导热件313设置于同一侧，且第二导热件323也为紫铜材料制成，紫铜的导热效果极好，因此，第二导热件323与第一导热件313共同与其附近的空气进行热量传递，从而与其附近的空气温度一致，在外部的红外观测装置下能够准确地反映箱体1内部的温度分布。
[0046]
在一些优选的实施例中，底座32还包括隔热垫324，隔热垫324设置于第二支架321的底部，避免第二支架321与箱体1的底壁进行热量传递，避免影响箱体1内部的温度。
[0047]
如图8所示，本实施例中，第二支架321的顶端设置与靠近底座32的测温单元的第一支架311配合连接的第二凸起结构3211，结构简单，连接方便且牢固。
[0048]
在一些优选的实施例中，第一支架311的顶端设置有与相邻测温单元相互配合的第一凸起结构3111，第一支架311的底端设置有与第二凸起结构3211或相邻测温单元的第一凸起结构3111配合连接的限位凹槽3112。
[0049]
在一些具体的实施例中，测温模块31包括两个测温单元，分别为第一测温单元和第二测温单元，且第一测温单元设置于第二测温单元的上方，那么，测温结构3包括从上到下依次连接的第一测温单元、第二测温单元和底座32，其中，底座32的第二支架321的顶端
设置与第二测温单元的第一支架311配合连接的第二凸起结构3211，第二测温单元的第一支架311的顶端设置与第一测温单元相互配合的第一凸起结构3111，第二测温单元的第一支架311的底端设置的限位凹槽3112与第二凸起结构3211配合连接，第一测温单元的第一支架311的底端设置的限位凹槽3112与第一测温单元的第一凸起结构3111配合连接，结构简单，连接方便。
[0050]
如图9所示，在一些优选的实施例中，打印结构4包括相互连接的第三支架41和打印平台42，且第三支架41上设置与打印平台42的周壁配合连接的第一定位凹槽411，且打印平台42与第一定位凹槽411过盈配合，结构简单，连接方便且牢固。
[0051]
本实施例中对于打印平台42的形状不做限制，在一些优选的实施例中打印平台42为圆形，结构简单，容易加工。
[0052]
如图11所示，在一些优选的实施例中，打印平台42包括支撑板421和设置于支撑板421上方的打印基底422，打印基底422适于隔绝支撑板421与生物材料。在一些具体的实施例中，支撑板421为生物材料提供支撑，打印基底422为生物材料，在使用时将打印基底422涂抹在支撑板421上，防止待打印的生物材料直接与支撑板421接触。
[0053]
如图10所示，在一些优选的实施例中，第三支架41还包括用于支撑打印平台42的支脚414，用于将打印平台42与其他部分隔离，防止其他部分温度的影响。
[0054]
如图1
‑
图3所示，在一些优选的实施例中，箱体1包括相互配合的槽体12和盖体11，且槽体12的顶壁沿周向设置第二定位凹槽125，盖体11的底部设置与第二定位凹槽125相配合的定位凸边115，通过第二定位凹槽125与定位凸边115相互配合，结构简单，连接牢固。
[0055]
在一些优选的实施例中，槽体12内还设置有适于容纳冷却介质5的冷却槽121，且冷却槽121的底部设置有适于排水的排水孔122和排水管123。
[0056]
需要说明的是，本实施例中冷却介质5包括冰块或干冰，用于实现对箱体1内部空气的制冷。排水孔122用于将箱体1内部产生的冷却水通过排水管123排出。
[0057]
在一些优选的实施例中，槽体12的底壁设置与打印结构4的支脚414相互配合的安装孔124，对打印结构4进行固定，结构简单，连接牢固。
[0058]
本实施例中，槽体12的侧壁上还设置观察窗6，适于容纳透明玻璃，使得操作人员在打印过程中可以实时观察打印结构4上生物材料的状态，同样也可以利用高速相机捕捉生物墨水滴落的凝胶过程，用于改进打印机的打印参数。
[0059]
如图4所示，在一些优选的实施例中，盖体11的顶部设置有适于打印喷头进入的打印窗口111。
[0060]
在一些优选的实施例中，微型温控装置，还包括红外观测镜片，槽体12的侧壁上设置红外观测口2，且红外观测口2的周壁上设置适于与红外观测镜片配合连接的第三定位凹槽126。
[0061]
需要说明的是，本实施例中的红外观测镜片为锗镜片，能够使得红外线穿过，因此，便于利用外部的红外观测装置观测测温模块31的温度分布。
[0062]
本实施例中微型温控装置能够实现gelma等温敏型生物墨水从打印喷头到打印平台42的过程中温度可控，具体操作流程如下：
[0063]
步骤1、将冷却冰块放置在冷却槽121内，盖上盖体11；
[0064]
步骤2、通过红外观测镜片与红外观测装置对箱体1内部温度下降情况进行观测，
直到达到指定温度，冷却冰块融化产生的水通过排水孔122排出；
[0065]
步骤3、在箱体1内部达到要求温度后，装有生物材料的打印喷头通过打印窗口111进到箱体1内部，在箱体1较低的温度影响下，生物材料由打印时的液体转变为凝胶状态，并滴落至打印结构4的支撑板421上；
[0066]
步骤4、打印完成后，取下带有打印产品的打印结构4，并从打印结构4中取出打印产品后，将打印结构4重新安装于槽体12内，准备下一次的打印。
[0067]
因此，本发明微型温控装置，通过测温模块31在外部的红外观测装置下反映箱体1内部的温度分布，以监测生物材料的打印成形温度，能够更加准确地对箱体1内部的实际温度进行控制，增强打印效果。
[0068]
本发明的另一个实施例还提供了一种生物3d打印机，包括红外观测装置、打印喷头和微型温控装置，所述微型温控装置的箱体1的顶端设置适于所述打印喷头进入的打印窗口111。
[0069]
本发明的生物3d打印机与微型温控装置相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0070]
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。