一种气动型便携生物3D打印枪的制作方法

一种气动型便携生物3d打印枪
技术领域
1.本技术涉及生物3d打印枪技术领域，具体涉及一种气动型便携生物3d打印枪。


背景技术：

2.在过去的十几年中，三维打印技术得到了迅速的发展，这也让其在许多新领域中得到应用，更是吸引了医疗设备以及组织工程领域的目光。由于三维打印能够以短时间、低成本为病人量身定制特定的医疗产品，这也使得三维打印技术在未来的个人医疗时代有极大的发展前景。目前，已经有很多生物材料通过三维打印的方式制备骨组织工程支架或者其他一些医疗产品等。
3.目前生物3d打印机大多存在如下问题：
4.1.体积较大，很难适用于手术台医生的直接操作；
5.2.需要在打印后再次进行培养才能植入，增加了手术的繁琐程度；
6.3.不能直接进行原位修复。
7.针对上述问题，现有专利号为：cn 107297894，提到了一种便携式生物打印枪，包括三个部分：光源、三通接头和枪体，其结构简单，大大缩小了操作的不便和繁琐，方便携带，并且为多种不同的打印场景提供了解决方法。但是该生物打印枪仍存在以下问题：
8.1.采用机械式挤出的方法，出料不稳定；
9.2.出料存在滞后的情况不能及时停止；
10.3.通过电机丝杠挤出，设置挡位，但挤出量不宜控制；
11.4.采用机械挤出的方式，重量较重，操作难度较大；
12.5.速度显示不直观，不配备显示设备，无法实时显示速度。


技术实现要素：

13.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术要解决的技术问题在于提供一种气动型便携生物3d打印枪，用于解决现有技术中至少一个问题。
14.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种气动型便携生物3d打印枪，所述3d打印枪包括：枪体；所述枪体内分别设置有气泵、储气罐、及针筒，并分别通过气管连接以构成气动回路；其中，所述气泵与所述储气罐之间设置有第一电子三通阀；所述储气罐与针筒之间设置有第二电子三通阀；通过对应所述第一电子三通阀的开关信号以控制所述第一电子三通阀中不同通道的开闭状态，可实现所述气泵与所述储气罐之间的通气或排气；通过对应所述第二电子三通阀的开关信号以控制所述第二电子三通阀中不同通道的开闭状态，可实现所述储气罐与所述针筒之间的通气或排气；所述第一电子三通阀与所述储气罐之间设置有第一气压检测装置，以用于检测所述储气罐内的压力；所述第二电子三通阀与针筒之间设置有第二气压检测装置，以用于检测所述针筒内的压力。
15.于本技术的一实施例中，所述第一电子三通阀为常开电磁阀；在常态时，所述第一电子三通阀中连通所述气泵的通道a与连通所述储气罐的通道b分别为常通，连通外部大气
的通道c为封闭，以实现所述气泵与所述储气罐之间通气；当打印结束时，通过开关信号封闭通道a并打开通道c，以实现卸去所述储气罐内的压力。
16.于本技术的一实施例中，所述第二电子三通阀为常闭电磁阀；在常态时，所述第二电子三通阀中连通所述储气罐的通道d与连通所述针筒的通道e、及连通外部大气的通道f分别为常闭；当检测到所述储气罐内充入的气体达到设定值时，通过开关信号打开通道d和通道e，以实现所述储气罐与所述针筒之间的通气；其中，通过开关信号封闭通道d或通道e，以在使用过程中实现暂停操作；当打印结束时，通过开关信号封闭通道c并打开通道d和通道e，以实现排除所述针筒内的气体。
17.于本技术的一实施例中，所述第一气压检测装置，还用于当所述第一气压检测装置检测到压力值低于预设值时，以供打开所述气泵向所述储气罐进行充气。
18.于本技术的一实施例中，所述枪体包括；握把安装板、前盖、气压显示屏、及扳机。
19.于本技术的一实施例中，所述握把安装板内安装有所述气泵、储气罐、第一电子三通阀、及第二电子三通阀；所述前盖内安装有所述针筒；所述前盖设于所述握把安装板的前端；所述气压显示屏用于连接第一气压检测装置、及第二气压检测装置，以显示通过所述第一气压检测装置与所述第二气压检测装置检测到的压力值。
20.于本技术的一实施例中，所述前盖内设置有用于固定所述针筒的尾部的固定块；所述固定块上还设置有与所述针筒连接的针筒适配器。
21.于本技术的一实施例中，所述前盖内还安装有辅助槽；所述辅助槽用于放置激光器，以供打印紫外光固化水凝胶过程中实现固化；或，放置温控装置，以供打印热敏材料时实现温敏材料打印。
22.于本技术的一实施例中，所述前盖与所述握把安装板为翻盖结构。
23.如上所述，本技术的一种气动型便携生物3d打印枪，所述3d打印枪包括：枪体；所述枪体内分别设置有气泵、储气罐、及针筒，并分别通过气管连接以构成气动回路；其中，所述气泵与所述储气罐之间设置有第一电子三通阀；所述储气罐与针筒之间设置有第二电子三通阀；通过对应所述第一电子三通阀的开关信号以控制所述第一电子三通阀中不同通道的开闭状态，可实现所述气泵与所述储气罐之间的通气或排气；通过对应所述第二电子三通阀的开关信号以控制所述第二电子三通阀中不同通道的开闭状态，可实现所述储气罐与所述针筒之间的通气或排气；所述第一电子三通阀与所述储气罐之间设置有第一气压检测装置，以用于检测所述储气罐内的压力；所述第二电子三通阀与针筒之间设置有第二气压检测装置，以用于检测所述针筒内的压力。
24.具有以下有益效果：
25.1.本技术采用气动挤出的模式，经由气泵-储气罐-电子三通阀-末端执行的模式，根据前端需求压力，调整整个回路的气压值，出压更稳定；
26.2.排气采用电子三通阀的快排模式，可以快速卸去原本腔室的压力，快速停止挤出；
27.3.采用物理按键调节设定压力值，实现不同粘度凝胶的稳定挤出；
28.4.设备本身没有重量过大的结构件，整体结构更紧凑，更小巧，握把处采用人体工学设计，更方便操作；
29.5.设备采用tft显示屏显示气压值，更为直观。
附图说明
30.图1展示为本技术于一实施例中的一种气动型便携生物3d打印枪的模块示意图。
31.图2展示为本技术于一实施例中的第一电子三通阀或第二电子三通阀的结构示意图。
32.图3展示为本技术于一实施例中的一种气动型便携生物3d打印枪的整体结构图。
33.图4展示为本技术于一实施例中的握把安装板与前盖的剖面结构图。
34.图5展示为本技术于一实施例中的固定块的结构示意图。
35.图6展示为本技术于一实施例中的固定块安装于前盖内固定装置的结构示意图。
36.图7展示为本技术于一实施例中的针筒适配器的结构示意图。
37.图8展示为本技术于一实施例中的气压显示屏的结构示意图。
38.图9展示为本技术于一实施例中的扳机的结构示意图。
具体实施方式
39.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，虽然图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
41.在过去的十几年中，三维打印技术得到了迅速的发展，这也让其在许多新领域中得到应用，更是吸引了医疗设备以及组织工程领域的目光。由于三维打印能够以短时间、低成本为病人量身定制特定的医疗产品，这也使得三维打印技术在未来的个人医疗时代有极大的发展前景。目前，已经有很多生物材料通过三维打印的方式制备骨组织工程支架或者其他一些医疗产品等。
42.如水凝胶是生物打印常用的材料。水凝胶是水溶性高分子通过化学交联或物理交联形成的聚合物，具有三维交联网络结构，同时自身也容纳了大量的水。水凝胶具有可调节的强度、降解性、可功能化修饰等性能，并且可作为一种软性材料从而仿生细胞外基质的微环境，这使得水凝胶在医疗领域具有广阔的应用前景，可用来制备二维或三维的组织工程支架以及药物的可控释放等。
43.如上所述，现有生物打印枪多为机械式打印，但机械式挤出材料不稳定；出料存在滞后的情况不能及时停止；通过电机丝杠挤出，设置挡位，但挤出量不宜控制；采用机械挤出的方式，重量较重，操作难度较大等。为解决机械式生物打印枪存在的诸多问题，本技术提出一种气动型便携生物3d打印枪。
44.为便于理解本技术所述的气动型便携生物3d打印枪，本技术先着重讲解其操作原理，以及实现打印所需的重要组成结构，然后再从整体结构进行说明。
45.如图1所示，展示本技术实施例中的一种气动型便携生物3d打印枪的模块示意图。
如图所示，所述打印枪内分别设置有气泵100、储气罐200、及针筒300，并分别通过气管连接以构成气动回路。
46.具体地，打印枪内气泵100、储气罐200、及针筒300之间分别通过气管和气管接头连接，从而构成气动回路。即本技术所述的生物3d打印枪主要采用气动方式进行3d打印，以解决传统机械式3d打印枪所存在的如出料不稳定、不易控制、操作难度较大、不能及时停止等问题。
47.于本实施例中，所述气泵100主要作为本打印枪中气动回路的充气装置，所述储气罐200作为向针管输气的中转机构，以调节打印枪在使用或停止过程中内部的气压；所述针筒300内用于装填生物打印材料，如水凝胶等。
48.于本技术中，为了便于气动型打印枪的操作和使用效果，本技术在所述气泵100与所述储气罐200之间设置有第一电子三通阀410；所述储气罐200与针筒300之间设置有第二电子三通阀410，以方便气泵100、储气罐200、及针筒300之间气压的调整。通过对应所述第一电子三通阀410的开关信号以控制所述第一电子三通阀410中不同通道的开闭状态，可实现所述气泵100与所述储气罐200之间的通气或排气；通过对应所述第二电子三通阀410的开关信号以控制所述第二电子三通阀410中不同通道的开闭状态，可实现所述储气罐200与所述针筒300之间的通气或排气。
49.电磁阀(electromagnetic valve)是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。
50.于本实施例中，所述第一电子三通阀410为常开电磁阀。如图2所示，展示为第一电子三通阀410或第二电子三通阀420的结构示意图。
51.在常态时，即平常不使用时的状态或使用过程中的状态，所述第一电子三通阀410中连通所述气泵100的通道a与连通所述储气罐200的通道b分别为常通，连通外部大气的通道c为封闭，以实现所述气泵100与所述储气罐200之间通气。即常态时，通过所述第一电子三通阀410保持所述气泵100与所述储气罐200之间气道打开。
52.当打印结束时，通过开关信号封闭通道a并打开通道c，以实现卸去所述储气罐200内的压力。即在打印完成或结束时，通过使通道b和通道c连通，以使所述储气罐200内余留的气体从通道c排到外部大气中。
53.于本实施例中，所述第二电子三通阀420为常闭电磁阀。
54.在常态时，所述第二电子三通阀420中连通所述储气罐200的通道d与连通所述针筒300的通道e、及连通外部大气的通道f分别为常闭；
55.当检测搭到所述储气罐200内充入的气体达到设定值时，这里主要通过后面提到的所述第一电子三通阀410检测得到。通过开关信号打开通道d和通道e，以实现所述储气罐
200与所述针筒300之间的通气。如前所述，在储气罐200充入足够的气体后，这里可通过检测储气罐200压力值来直观得到所充入的气体是否足够，须知的是，当储气罐200具有足够的气体后，其压力相应增大，当储气罐200与针筒300之间的气道打开后，在压力的作用下，储气罐200内的气体会挤压到针筒300内，进而使针筒300挤压管内含细胞的水凝胶，最后可经由针筒300的针头实现水凝胶的稳定输出。
56.当打印结束时，通过开关信号封闭通道c并打开通道d和通道e，以实现排除所述针筒300内的气体。
57.当本技术打印枪在使用过程中需要暂停时，可将所述第二电子三通阀420回复为常态时的通道开闭状态，即通过开关信号封闭通道d或通道e，以在使用过程中实现暂停操作。
58.需要说明的是，在本技术中，可通过上电与掉电或常态设置键与排气设置键、以及打印枪的扳机来实现针对第一电子三通阀410与第二电子三通阀420的对应上述的各种操作。
59.举例来说，当所述打印枪感应到上电或通电信号后，或者通过物理按键的常态模式设置键，自动发出开关信号以使所述第一电子三通阀410恢复为常开状态，使与第二电子三通阀420恢复为常闭状态；而当所述打印枪感应到去电或掉电信号后，或通过物理按键的排气模式设置键，会自动通过预先保存的电量发出对应打印结束的开关信号，控制所述第一电子三通阀410封闭通道a并打开通道c，以实现卸去所述储气罐200内的压力，以及控制所述第二电子三通阀420封闭通道c并打开通道d和通道e，以实现排除所述针筒300内的气体。对应地，当打印枪重新上电后，会首先再恢复所述第一电子三通阀410恢复为常开状态，使与第二电子三通阀420恢复为常闭状态。
60.按压扳机执行对应打印动作，释放扳机执行对应打印暂停动作。首先，针筒300内填充好打印材料，然后通电启动气泵100进行充气，会通过第一电子三通阀410向储气罐200内充气，当通过第一气压检测装置510检测到所述储气罐200内充入的气体达到设定值时，可扣动扳机进行按压状态，会对应发出开关信号，以控制所述第二电子三通阀420打开通道d和通道e，从而实现所述储气罐200与所述针筒300之间的通气；然后，当使用打印枪过程中需要暂停时，释放扳机转为释放状态，会答应发出另一开关信号，以控制所述第二电子三通阀420封闭通道d或通道e，实现暂停操作。
61.于本实施例中，为了更好的观察所述打印枪内各气道间的压力情况，以及准确实现压力调节，实现出压稳定和操作方便，本技术还在所述第一电子三通阀410与所述储气罐200之间设置有第一气压检测装置510，以用于检测所述储气罐200内的压力；所述第二电子三通阀420与针筒300之间设置有第二气压检测装置510，以用于检测所述针筒300内的压力。
62.另外，所述第一气压检测装置510，还用于当所述第一气压检测装置510检测到压力值低于预设值时，以供打开所述气泵100向所述储气罐200进行充气。
63.需要说明的是，本技术可通过物理按键设定所述第一气压检测装置510或所述第二气压检测装置510上的中对应的设定值或预设值。
64.综上所述，本技术所述的气动型便携生物3d打印枪通过气动挤出方式，经由气泵-储气罐-电子三通阀-针筒执行的模式，根据前端需求压力，调整整个回路的气压值，出压更
稳定；采用电子三通阀的快速排气模式，可以快速卸去原本腔室的压力，快速停止挤出；采用旋钮调节设定压力值，实现不同粘度凝胶的稳定挤出。整体而言，极大改进了现有机械式3d打印枪所存在的诸多不足。
65.在上述着重讲解操作原理之后，下面将上述各结构带入整体结构中以进行说明。
66.如图3所示，展示为本技术于一实施例中的一种气动型便携生物3d打印枪的整体结构图。如图所示，所述腔体包括：握把安装板1、前盖2、气压显示屏3、及扳机4。本技术枪体本身没有重量过大的结构件，整体结构更紧凑，更小巧，适合手术台医生的直接操作。
67.于本技术中，所述握把安装板1内安装有如图1所示的所述气泵100、储气罐200、第一电子三通阀410、及第二电子三通阀420。
68.如图4所示，展示为本技术于一实施例中的握把安装板与前盖的剖面结构图。如图所示，所述握把安装板1内第一容纳腔11用于放置所述气泵100，第二容纳腔12用于放置所述储气罐200，第三容纳腔13用于放置所述第一电子三通阀410，第四容纳腔14用于放置所述第二电子三通阀420；另外，凹槽15为适配扳机4的开关按钮固定位，显示屏安装位16用于卡合安装显示气压显示屏3；握把凹槽17设置为符合人体工学结构，更易把握；平面18用以实现扳机的限位。
69.再如如图4所示，前盖2内针管容纳腔21用于放置如图1中所述的针筒300，开孔22用于伸出所述针筒300的针头；所述前盖2内设置有固定装置23，以适配贴合用于固定所述针筒300的尾部的固定块5。
70.如图5展示为固定块的结构示意图，如图6展示为固定块安装于前盖内固定装置的结构示意图。其中，所述固定块5上还设置有与所述针筒300连接的针筒适配器6，所述固定块5中的凹槽51，用于卡合所述针筒适配器6，所述针筒适配器6的结构可如图7所示。
71.如图7所示，所述针筒适配器6的卡合部61与所述固定块5中的凹槽51相适配卡合，以定位和固定所述针筒适配器6，中通孔62上下贯通，中通孔62上部的细口与打印枪中的气管连接，所述中通孔62下部的粗口用于插入针筒300，以充当针筒塞；其中，所述中通孔62下部的粗口部分外围设有密封圈，以实现插入所述针筒300后保证气密性。所述中通孔62由进入的气体挤压所述针筒300内的水凝胶，以实现生物3d打印。旋转卡槽63用于与针筒300上夹持件卡合。
72.另外，所述前盖2内还安装有辅助槽24；所述辅助槽24用于放置激光器，以供打印紫外光固化水凝胶过程中实现固化；或放置温控装置，以供打印热敏材料时实现温敏材料打印。
73.如图8所示，展示为气压显示屏的结构示意图。所述气压显示屏3用于连接如图1所示的第一气压检测装置510、及第二气压检测装置520，以显示通过所述第一气压检测装置510与所述第二气压检测装置520检测到的压力值。具体来说，所述气压显示屏3采用tft显示屏，气压显示屏3中的卡槽31用于卡合如图4中握把安装板1后端的显示屏安装位16；物理按键32可用于设定所述第一气压检测装置510或所述第二气压检测装置520上提前设置的设定值或预设值；屏幕33用于显示具体压力数值。
74.如图9所示，展示为扳机的结构示意图，如图所示，扳机4上的弹簧孔41用于放置弹簧以按压开关发出开关信号，弹簧可自动弹回；突起42用于配合如图4中握把安装板处的平面18以实现扳机的限位。
75.综上所述，本技术所述的气动型便携生物3d打印枪，设备本身没有重量过大的结构件，整体结构更紧凑，更小巧，握把处采用人体工学设计，更方便操作；设备采用tft显示屏显示气压值，更为直观。
76.综上所述，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
77.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。