一种桌面级生物3D打印机装置及方法与流程

一种桌面级生物3d打印机装置及方法
技术领域
1.本发明涉及生物3d打印机技术领域，尤其涉及一种桌面级生物3d打印机装置及方法。


背景技术：

2.生物3d打印机包含种类较多，现有市场上的生物3d打印机缺少集成低温打印头、高温打印头、集成光固化的低温打印头、光固化打印头、同轴流打印头的桌面级生物3d打印机，缺少拉顶式三角调平打印平台，无菌环境，独立了风幕系统，紫外杀菌系统，而且普片结构尺寸大，精度不高，成本高。
3.现有技术打印头集成度不够，且整体尺寸过大，打印平台平面度不能调节或则调节不精确，采用步进电机加精密丝杠传动，打印机时打印时噪声较大；一套气动系统在同轴流打印时，彼此互相影响，导致打印精度底；电气元器件布置不合理，拆卸维护繁琐；打印平台散热较差，不能快速达到散热平衡。
4.因此我们设计了一种桌面级生物3d打印机装置及方法来解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种桌面级生物3d打印机装置及方法，其具有打印生物材料种类多、对细胞损伤率低、打印精度较高和操作方便等特点，不仅实现了无菌条件下的生物材料和细胞3d打印，而且新型的温控单元和多种打印喷头设计，能够支持从-5℃到250℃熔融的多种生物材料打印，并且能够实现交替打印功能。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种桌面级生物3d打印机装置，包括一体化外壳，所述一体化外壳内安装有运动系统、气动供料系统、温控系统和电气系统，所述运动系统通过与一体化外壳刚性连接，所述气动供料系统通过外部气泵输送到一体化外壳的背面，所述温控系统安装在一体化外壳内部，所述电气系统通过电气安装板安装在一体化外壳底部，所述一体化外壳的底部安装有底座，所述底座上安装有底板，所述底板上安装有打印平台，所述打印平台的上方安装有打印头。
8.优选地，所述运动系统由x轴电机驱动器、y轴电机驱动器、两套z轴驱动器及高精度位置信号传感器组成，所述一体化外壳的顶部安装有顶板，所述顶板上安装有移动模组固定装置，所述x轴电机驱动器、y轴电机驱动器、两套z轴驱动器及高精度位置信号传感器均安装在移动模组固定装置，所述打印头安装在x轴电机驱动器、y轴电机驱动器、两套z轴驱动器的输出端上。
9.优选地，所述气动供料系统包括气源处理组件、气动比例溢流阀a、气动比例溢流阀b、电磁阀、气动比例阀驱动电路板组成，所述一体化外壳上安装有左侧面支架和右侧面支架，所述左侧面支架和右侧面支架之间安装有气动装置固定板，所述气动装置固定板上
安装有供电电源、气动比例溢流阀a、气动比例溢流阀b、气动比例阀驱动电路板、气源处理组件、电磁阀，所述气源处理组件包括安装在一体化外壳上的侧板，所述侧板上安装有供气孔，所述供气孔与电磁阀相连接，所述侧板上安装有拉手装置和出风观察板。
10.优选地，所述温控系统包括低温打印头温控系统、高温打印头温控系统、打印平台温控系统，所述低温打印头温控系统包含低温针筒温控和低温针头温控，由温控系统集中控制，所述低温打印头温控系统包括针筒温控装置、散热装置、光固化装置，所述侧板上安装有两个温控平台进出水口，两个所述温控平台进出水口与打印平台温控系统相连接，所述一体化外壳内安装有温控装置安装板，所述温控装置安装板上安装有温控模块，所述温控装置安装板上安装有背板，所述一体化外壳上安装有电气元器件安装板，所述电气元器件安装板上安装有镇流器、电源继电器、模拟电压输出板、线路固定器、光固化紫外照明及继电器、打印头温控继电器，所述光固化装置为光固化紫外照明及继电器，所述针筒温控装置为打印头温控继电器，所述镇流器与光固化紫外照明及继电器、电源继电器相连接，所述电源继电器与供电电源相连接，所述模拟电压输出板与打印头温控继电器相连接，所述顶板上安装有光固化5v模拟电压输出板与光固化紫外照明及继电器、镇流器相连接。
11.优选地，所述电气系统包括控制主板、散热通道组成，所述散热通道内安装有风扇，所述控制主板安装在顶板上，且所述散热通道贯穿顶板安装设置。
12.优选地，所述一体化外壳上安装有侧面封装板，所述侧面封装板上安装有usb接口、电源接口、耐磨亚克力透明板，所述usb接口、电源接口与供电电源相连接。
13.优选地，所述一体化外壳上安装有急停开关，所述急停开关与控制主板相连接，所述一体化外壳上安装有上位机界操作面。
14.优选地，所述一体化外壳上安装有与散热通道相对的安装管，所述安装管的上端螺纹连接螺纹罩，所述螺纹罩上安装有活性炭滤网。
15.优选地，所述安装管为不锈钢材质，且所述安装管的外部安装有多个散热翅片。
16.本发明还公开了一种桌面级生物3d打印机装置的使用方法，包括以下步骤：
17.s1、启动：在上位机界操作面中电机open按钮，即可实现控制卡的复位与连接；
18.s2、回原点：在上位机界操作面中点击回原点按钮，即可实现对应轴的回原点功能；
19.寸动：在上位机界操作面中点击寸动按钮，即可实现的对应轴的寸动。
20.停止：在上位机界操作面中点击stop按钮，即可暂停电机的动作并去使能；
21.s3、点位运动：操作时需要先选择运动轴，并设置需要运动到的位置及运动速度，设置好相关参数后，即可点击“运动”按钮，该轴运动到相应位置会自动停止运动，如果在运动过程中需要暂停，也可点击“停止”按钮，使该轴停止运动；
22.s4，在机箱上有紧急制动按钮，按下按钮后，可在电机运动过程中紧急停止。
23.本发明的有益效果为：
24.本发明具有打印生物材料种类多、对细胞损伤率低、打印精度较高和操作方便等特点，不仅实现了无菌条件下的生物材料和细胞3d打印，而且新型的温控单元和多种打印喷头设计，能够支持从-5℃到250℃熔融的多种生物材料打印，并且能够实现交替打印功能；刚度大，整机尺寸小，长宽高分别是450mmx450mmx500mm，框架结构有利于减少震动，保证打印过程中平稳性，且前期不用安装外壳等附属件就能调试，后期外形可根据客户需要
做调整，同时解决了步进电机工作时震动带来的噪音。本发明所述桌面级生物3d打印机采用两套独立气动系统，通过两个高精度比例溢流阀可分别调节气压，当使用同轴流打印头时分别给两个针筒供气，互不影响，保证了气压的稳定和连续，提高了打印精度；且采用模块化布局，电气系统元部件整体布置到可拆卸底板上，便于后期保养维修，也可整体更换，节约时间成本。
附图说明
25.图1为实施例1提出的一种桌面级生物3d打印机装置的结构示意图；
26.图2为实施例1提出的一种桌面级生物3d打印机装置的后视图；
27.图3为实施例1提出的一种桌面级生物3d打印机装置的仰视图；
28.图4为实施例1提出的一种桌面级生物3d打印机装置的侧视图；
29.图5为实施例2提出的一种桌面级生物3d打印机装置的结构示意图；
30.图6为实施例3提出的一种桌面级生物3d打印机装置的结构示意图。
31.图中：1急停开关、2打印平台、3打印头、4一体化外壳、5散热通道、6拉手装置、7出风观察板、8侧板、9供气孔、10温控平台进出水口、11底座、12底板、13温控装置安装板、14气动比例溢流阀a、15气动比例溢流阀b、16右侧面支架、17顶板、18移动模组固定装置、19左侧面支架、20供电电源、21气动装置固定板、22背板、23温控模块、24usb接口、25电源接口、26侧面封装板、27耐磨亚克力透明板、28光固化5v模拟电压输出板、29x轴电机驱动器、30y轴电机驱动器、31电气元器件安装板、32控制主板、33气动比例阀驱动电路板、34模拟电压输出板、35光固化紫外照明及继电器、36线路固定器、37打印头温控继电器、38镇流器、39电源继电器、40z轴驱动器、41活性炭滤网、42安装管、43螺纹罩、44散热翅片。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.实施例1
34.参照图1-4，一种桌面级生物3d打印机装置，包括一体化外壳4，所述一体化外壳4内安装有运动系统、气动供料系统、温控系统和电气系统，所述运动系统通过与一体化外壳4刚性连接，保证运动的精度和平稳性，同时减少冲击和噪音；所述运动系统由x轴电机驱动器29、y轴电机驱动器30、两套z轴驱动器40及高精度位置信号传感器组成，所述一体化外壳4的顶部安装有顶板17，所述顶板17上安装有移动模组固定装置18，所述x轴电机驱动器29、y轴电机驱动器30、两套z轴驱动器40及高精度位置信号传感器均安装在移动模组固定装置18，所述打印头3安装在x轴电机驱动器29、y轴电机驱动器30、两套z轴驱动器40的输出端上，用于驱动打印头3实现空间定位和轨迹运动。
35.所述气动供料系统通过外部气泵输送到一体化外壳4的背面，所述气动供料系统包括气源处理组件、气动比例溢流阀a14、气动比例溢流阀b15、电磁阀、气动比例阀驱动电路板33组成，所述一体化外壳4上安装有左侧面支架19和右侧面支架16，所述左侧面支架19和右侧面支架16之间安装有气动装置固定板21，所述气动装置固定板21上安装有供电电源20、气动比例溢流阀a14、气动比例溢流阀b15、气动比例阀驱动电路板33、气源处理组件、电
磁阀，所述气源处理组件包括安装在一体化外壳4上的侧板8，所述侧板8上安装有供气孔9，所述供气孔9与电磁阀相连接，所述侧板8上安装有拉手装置6和出风观察板7；通过高精度比例溢流阀等控制气压的流量压力后，连接到各针筒，实现挤出的连续性。
36.所述温控系统安装在一体化外壳4内部，所述温控系统包括低温打印头温控系统、高温打印头温控系统、打印平台温控系统，所述低温打印头温控系统包含低温针筒温控和低温针头温控，由温控系统集中控制，以上安装在各打印头和打印平台里面，在上位机界操作面上可实时操作；其中，光固化紫外照明及继电器35可根据需要拆开打印头3底部实行更换，目前有365nm和405nm两种紫外模块，可整体更换；每一种模块都有自己的驱动版，在打印过程中，旋拧调节开关可随时调整紫外光照射强度；可实现低温针筒0℃-60℃内调节，低温针头10℃-45℃内调节，精度控制在
±
0.5℃以内；输入电源：ac220v
±
10％50hz，控温范围：0℃～100℃(空载)，控温精度：
±
0.5℃，散热方式：风冷散热；高温打印头及温控系统主要针对常用下为固态的材料打印使用，如pla材料；外壳由不锈钢材料制作而成，配套使用的针筒和针头均为不锈钢材质，采用鲁尔连接方式；高温打印头温控系统可实现针筒50℃-250℃内调节，精度控制在
±
2℃以内。控温范围：50℃～250℃，控温精度：
±
2℃，散热方式：自然散热；打印平台2主要用来承载打印玻片，通过调节打印平台2上表面温度，控制打印玻片的温度，进而控制挤出材料的成形效果；标准打印平台2采用铝合金材料，如有特殊要求也可制作镀金面打印平台，铝合金平台表面相对较软；打印平台2的温控区域为100mm
×
100mm，为打印机的最大打印区域；目前，打印平台2温控可在-10℃到60℃调节，精度
±
1℃。控温范围：-10℃～60℃，控温精度：
±
0.5℃，工作面尺寸：有效面积100mm
×
100mm。
37.所述低温打印头温控系统包括针筒温控装置、散热装置、光固化装置，所述侧板8上安装有两个温控平台进出水口10，两个所述温控平台进出水口10与打印平台温控系统相连接，所述一体化外壳4内安装有温控装置安装板13，所述温控装置安装板13上安装有温控模块23，所述温控装置安装板13上安装有背板22，所述一体化外壳4上安装有电气元器件安装板31，所述电气元器件安装板31上安装有镇流器38、电源继电器39、模拟电压输出板34、线路固定器36、光固化紫外照明及继电器35、打印头温控继电器37，所述光固化装置为光固化紫外照明及继电器35，所述针筒温控装置为打印头温控继电器37，所述镇流器38与光固化紫外照明及继电器35、电源继电器39相连接，所述电源继电器39与供电电源20相连接，所述模拟电压输出板34与打印头温控继电器37相连接，所述顶板17上安装有光固化5v模拟电压输出板28与光固化紫外照明及继电器35、镇流器38相连接；
38.所述电气系统通过电气安装板安装在一体化外壳4底部，所述电气系统包括控制主板32、散热通道5组成，所述散热通道5内安装有风扇，所述控制主板32安装在顶板17上，且所述散热通道5贯穿顶板17安装设置。
39.所述一体化外壳4的底部安装有底座11，所述底座11上安装有底板12，所述底板12上安装有打印平台2，所述打印平台2的上方安装有打印头3；所述一体化外壳4上安装有侧面封装板26，所述侧面封装板26上安装有usb接口24、电源接口25、耐磨亚克力透明板27，所述usb接口24、电源接口25与供电电源相连接。
40.实施例2
41.参照图5，本实施例与实施例1不同的是，本实施例中，所述一体化外壳4上安装有与散热通道5相对的安装管42，所述安装管42的上端螺纹连接螺纹罩43，所述螺纹罩43上安
装有活性炭滤网41，通过活性炭滤网41可以除去空气中的异味。
42.实施例3
43.参照图6，本实施例与实施例1和2不同的是，本实施例中所述安装管42为不锈钢材质，且所述安装管42的外部安装有多个散热翅片44，可以加快安装管42的散热。
44.本发明还公开了一种桌面级生物3d打印机装置的使用方法，包括以下步骤：
45.s1、启动：在上位机界操作面中电机open按钮，即可实现控制卡的复位与连接；
46.s2、回原点：在上位机界操作面中点击回原点按钮，即可实现对应轴的回原点功能；
47.寸动：在上位机界操作面中点击寸动按钮，即可实现的对应轴的寸动。
48.停止：在上位机界操作面中点击stop按钮，即可暂停电机的动作并去使能；
49.s3、点位运动：操作时需要先选择运动轴，并设置需要运动到的位置及运动速度，设置好相关参数后，即可点击“运动”按钮，该轴运动到相应位置会自动停止运动，如果在运动过程中需要暂停，也可点击“停止”按钮，使该轴停止运动；
50.s4，在机箱上有紧急制动按钮，按下按钮后，可在电机运动过程中紧急停止。
51.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。