高生物陶瓷含量3D打印材料的制备装置及方法与流程

高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置及方法
技术领域
1.本发明属于3d打印材料制备技术领域，具体涉及高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置及方法。


背景技术：

2.3d打印(增材制造)是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的成型技术，已经被广泛用于模具、工业设计的模型制造及一些产品的直接制造。3d打印技术是一种直接成型技术，不需要使用模具。另外，其最突出的优势是能够构建一些不规则、复杂的三维结构。但是，所有3d打印技术(包括熔融沉积fdm、选择性立体光固化sla、数字光处理dlp、选择性激光烧结sls等)都需要将目标物体切片，层层打印，所以打印单个物体所需的时间相对较长。特别是需要较高的打印精度时，需要层厚更薄，层数更多，其打印时间也就更长。
3.目前，3d打印技术在医疗领域应用甚广，如医用人工骨、医用人工牙齿等均是采用3d打印技术制造。
4.而3d打印所采用的材料多是在进行制造人工骨、人工牙齿等结构时进行现场配置，其中，液体物料和纳米粉料进行混合时，多是将粉末物料直接置于液体物料中后采用超声波分散器对其进行分散后搅拌，但是在3d打印如人工骨等结构时，因结构的大小、构造不同，所需要的材料也不同，所以在配置时所采用的容器也不尽相同，所以这也导致常规采用的超声波分散器以及搅拌设备不能够适用于所有的容器，导致材料加工时长以及成品质量不一。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置及方法。
6.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
7.高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置，包括移动式支架、设于移动式支架上的控制箱、纵向直线驱动机构、对称连接在纵向直线驱动机构上的用于夹持容器的夹板、连接在移动式支架上的连接筒、连接在连接筒下端的液面定位机构以及连接在液面定位机构上的若干个纳米粉末分散机构，若干个所述纳米粉末分散机构依次首尾连接；
8.所述纵向直线驱动机构用于驱动夹板夹持容器并使容器沿着纵向移动；
9.所述液面定位机构用于检测容器内液体的液面高度；
10.所述纳米粉末分散机构包括纳米粉末间距喷射机构、活动连接在纳米粉末间距喷射机构上的自适应搅拌机构以及设于纳米粉末间距喷射机构内的驱动机构，所述纳米粉末间距喷射机构根据液面定位机构检测容器内液体的液面高度进行适应性调节，用于将纳米粉末均匀喷射于液体中，并通过驱动机构驱使自适应搅拌机构旋转，用于搅拌容器内液体和纳米粉末的混合物。
11.作为本发明的进一步优化方案，所述纵向直线驱动机构包括连接在移动式支架上的第一电机、滑动连接在移动式支架上的u形移动架、连接在第一电机输出轴端的第一丝杆以及对称连接在u形移动架上的电动推杆，所述第一丝杆和u形移动架螺纹连接，所述电动推杆的输出端和夹板连接，用于推动夹板夹持容器。
12.作为本发明的进一步优化方案，所述液面定位机构包括连接在连接筒下端的上固定盘、连接在上固定盘侧壁上的延伸板、连接在延伸板上的液位计、连接在延伸板下端的导向滑杆、连接在导向滑杆下端的下固定盘、活动连接在下固定盘侧壁上的第一密封旋转环、连接在第一密封旋转环上的若干个第一密封波纹管、连接在第一密封波纹管一端的第一密封端头，所述第一密封端头和第一密封旋转环之间连接有伸缩杆。
13.作为本发明的进一步优化方案，所述纳米粉末间距喷射机构包括套设在导向滑杆上的移动环板、设于移动环板内的环形腔室、设于移动环板外圆面上并与环形腔室连通的环槽、贯穿设于移动环板上的布线孔和布管孔、连接在移动环板下端的复位弹簧、牵引绳和第二密封波纹管、连接在牵引绳一端的第二电机、等距连接在第二密封波纹管上的若干个连接环板以及连接在连接环板上的喷头，喷头用于向液体内喷射纳米粉体，所述复位弹簧套设于导向滑杆上，所述第二电机和第二密封波纹管的下端均连接在下固定盘上或另一个纳米粉末间距喷射机构中的移动环板上。
14.作为本发明的进一步优化方案，所述驱动机构包括设于环形腔室内的内环体、连接在内环体内圆面上的环形齿轮、连接在移动环板下端的第三电机、连接在第三电机输出轴端并与环形齿轮相啮合的传动齿轮、连接在内环体外圆面上的固定支撑板以及连接在固定支撑板一端的第二密封旋转环，所述第二密封旋转环的内圆面和移动环板的外圆面接触，所述内环体上贯穿式连接有第一导电环和第二导电环。
15.作为本发明的进一步优化方案，所述自适应搅拌机构包括连接在第二密封旋转环外圆面上的若干个第三密封波纹管和第四电机、连接在第三密封波纹管一端的第二密封端头、连接在第四电机输出轴端的联轴器、连接在联轴器一端的第二丝杆、固定连接在第二密封端头内壁上的固定套管以及连接在第二密封端头下端的辅助搅拌波纹管，所述固定套管和第二丝杆螺纹连接，辅助搅拌波纹管的下端连接在第一密封端头上或另一组纳米粉末分散机构中相对应的第二密封端头上。
16.作为本发明的进一步优化方案，所述喷头上设有输气通道和粉料通道，输气通道通过输气管与外界气源连接，粉料通道通过柔性料管与外界料桶连接，所述喷头的输出口内设有单向阀。
17.一种采用如上述高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置制备3d打印材料的方法，包括以下步骤：
18.步骤s1、基于设定材料制备分量选择适应的容器，通过纵向直线驱动机构将容器夹持并移动至指定高度，并向其中置入液体物料；
19.步骤s2、通过液面定位机构检测容器内液面高度，控制若干个纳米粉末间距喷射机构等距分布在液体物料中，并向其中喷射定量的粉体物料；
20.步骤s3、通过驱动机构驱动自适应搅拌机构对液体物料和粉体物料进行搅拌，搅拌时控制自适应搅拌机构的搅拌半径逐渐增大直至其与容器内壁接触，往复搅拌指定次数后停止。
21.本发明的有益效果在于：本发明采用自动化检测容器内液面高度，并控制若干个纳米粉末间距喷射机构等距分布在液体物料中，并向其中喷射定量的粉体物料，然后通过驱动机构驱动自适应搅拌机构对液体物料和粉体物料进行搅拌，搅拌时控制自适应搅拌机构的搅拌半径逐渐增大直至其与容器内壁接触，往复搅拌指定次数后停止，不仅可以达到高效混合搅拌液体和粉料混合物的效果，也适用于不同规格的容器，大大缩短了材料制备时长，提高了材料的成品质量。
附图说明
22.图1是本发明的整体结构示意图；
23.图2是本发明液面定位机构和纳米粉末分散机构的相配合视图；
24.图3是本发明液面定位机构的结构示意图；
25.图4是本发明纳米粉末分散机构的结构示意图；
26.图5是本发明图4中a处放大图；
27.图6是本发明图4中b处放大图。
28.图中：1、移动式支架；2、控制箱；301、第一电机；302、第一丝杆；303、u形移动架；304、电动推杆；4、连接筒；5、液面定位机构；501、上固定盘；502、延伸板；503、液位计；504、导向滑杆；505、下固定盘；506、第一密封旋转环；507、第一密封波纹管；508、伸缩杆；509、第一密封端头；6、纳米粉末分散机构；61、纳米粉末间距喷射机构；6101、移动环板；6102、环形腔室；6103、布线孔；6104、布管孔；6105、第二密封波纹管；6106、连接环板；6107、喷头；6108、第二电机；6109、牵引绳；6110、复位弹簧；6111、环槽；6112、输气通道；6113、粉料通道；62、驱动机构；6201、内环体；6202、环形齿轮；6203、传动齿轮；6204、第三电机；6205、第一导电环；6206、第二导电环；6207、固定支撑板；6208、第二密封旋转环；63、自适应搅拌机构；6301、第三密封波纹管；6302、第四电机；6303、联轴器；6304、第二丝杆；6305、固定套管；6306、第二密封端头；6307、辅助搅拌波纹管。
具体实施方式
29.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
30.实施例1
31.如图1、图2所示，高生物陶瓷含量3d打印材料的制备装置，包括移动式支架1、设于移动式支架1上的控制箱2、纵向直线驱动机构、对称连接在纵向直线驱动机构上的用于夹持容器的夹板、连接在移动式支架1上的连接筒4、连接在连接筒4下端的液面定位机构5以及连接在液面定位机构5上的若干个纳米粉末分散机构6，若干个纳米粉末分散机构6依次首尾连接；
32.纵向直线驱动机构用于驱动夹板夹持容器并使容器沿着纵向移动；
33.液面定位机构5用于检测容器内液体的液面高度；
34.纳米粉末分散机构6包括纳米粉末间距喷射机构61、活动连接在纳米粉末间距喷射机构61上的自适应搅拌机构63以及设于纳米粉末间距喷射机构61内的驱动机构62，纳米
粉末间距喷射机构61根据液面定位机构5检测容器内液体的液面高度进行适应性调节，用于将纳米粉末均匀喷射于液体中，并通过驱动机构62驱使自适应搅拌机构63旋转，用于搅拌容器内液体和纳米粉末的混合物。
35.需要说明的是，采用上述装置制备3d打印材料时，基于设定材料制备分量选择适应的容器，通过纵向直线驱动机构将容器夹持并移动至指定高度，并向其中置入液体物料；
36.然后通过液面定位机构5检测容器内液面高度，控制若干个纳米粉末间距喷射机构61等距分布在液体物料中，并向其中喷射定量的粉体物料；
37.最后通过驱动机构62驱动自适应搅拌机构63对液体物料和粉体物料进行搅拌，搅拌时控制自适应搅拌机构63的搅拌半径逐渐增大直至其与容器内壁接触，往复搅拌指定次数后停止，不仅可以达到高效混合搅拌液体和粉料混合物的效果，也适用于不同规格的容器，大大缩短了材料制备时长，提高了材料的成品质量。
38.其中，如图1所示，纵向直线驱动机构包括连接在移动式支架1上的第一电机301、滑动连接在移动式支架1上的u形移动架303、连接在第一电机301输出轴端的第一丝杆302以及对称连接在u形移动架303上的电动推杆304，第一丝杆302和u形移动架303螺纹连接，电动推杆304的输出端和夹板连接，用于推动夹板夹持容器。
39.需要说明的是，如上述在对不同规格的容器进行夹持时，将容器置于两组夹板之间，然后通过电动推杆304推动夹板直至夹板将容器夹持后松开容器，此时，容器位于若干个纳米粉末分散机构6的正下方，然后通过第一电机301驱动第一丝杆302转动，第一丝杆302转动后驱使u形移动架303沿着第一丝杆302的向上移动至指定位置处时停止，此时未进行调节的若干个纳米粉末分散机构6插入容器内部，随后向容器内置入设定量的液体物料。
40.其中，如图2和3所示，液面定位机构5包括连接在连接筒4下端的上固定盘501、连接在上固定盘501侧壁上的延伸板502、连接在延伸板502上的液位计503、连接在延伸板502下端的导向滑杆504、连接在导向滑杆504下端的下固定盘505、活动连接在下固定盘505侧壁上的第一密封旋转环506、连接在第一密封旋转环506上的若干个第一密封波纹管507、连接在第一密封波纹管507一端的第一密封端头509，第一密封端头509和第一密封旋转环506之间连接有伸缩杆508。
41.需要说明的是，如上述，当若干个纳米粉末分散机构6中的部分插入液体物料中后，通过液面定位机构5中的液位计503检测容器中的液体物料的液面高度，然后控制若干个纳米粉末分散机构6进行调节，使得最上方的一个纳米粉末分散机构6的上端面略高于液面高度即可，此时，若干个纳米粉末分散机构6的高度均相同，等距分布在液体物料中，其中，若干个纳米粉末分散机构6在调节自身高度时，其中的纳米粉末间距喷射机构61沿着导向滑杆504进行压缩。
42.其中，如图2和图4所示，纳米粉末间距喷射机构61包括套设在导向滑杆504上的移动环板6101、设于移动环板6101内的环形腔室6102、设于移动环板6101外圆面上并与环形腔室6102连通的环槽6111、贯穿设于移动环板6101上的布线孔6103和布管孔6104、连接在移动环板6101下端的复位弹簧6110、牵引绳6109和第二密封波纹管6105、连接在牵引绳6109一端的第二电机6108、等距连接在第二密封波纹管6105上的若干个连接环板6106以及连接在连接环板6106上的喷头6107，喷头6107用于向液体内喷射纳米粉体，复位弹簧6110套设于导向滑杆504上，第二电机6108和第二密封波纹管6105的下端均连接在下固定盘505
上或另一个纳米粉末间距喷射机构61中的移动环板6101上。
43.需要说明的是，纳米粉末间距喷射机构61在进行调节自身高度时，根据液面高度数据，计算每个纳米粉末间距喷射机构61的压缩高度，然后通过控制第二电机6108工作，其中，需要说明的是，第二电机6108的输出轴端连接有用于收纳牵引绳6109的绕线盘，牵引绳6109连接在绕线盘上，当第二电机6108的输出轴转动后带动绕线盘转动，并将牵引绳6109逐渐的缠绕在绕线盘上，当牵引绳6109缩短后带动其一端连接的移动环板6101下移指定距离，此时复位弹簧6110以及第二密封波纹管6105均被压缩，其中，第二密封波纹管6105被压缩时，其各部分的变化是均匀的，不会出现变化不均的情况，这也使得其上连接的连接环板6106以及喷头6107的之间的间距均等，可以使得喷头6107喷射出的粉体物料能够均匀的分布在液体物料的各个高度区域，可以使得后期的搅拌时长大大缩短，防止粉体物料和液体物料分布不均的情况出现。
44.其中，如图4和图5所示，驱动机构62包括设于环形腔室6102内的内环体6201、连接在内环体6201内圆面上的环形齿轮6202、连接在移动环板6101下端的第三电机6204、连接在第三电机6204输出轴端并与环形齿轮6202相啮合的传动齿轮6203、连接在内环体6201外圆面上的固定支撑板6207以及连接在固定支撑板6207一端的第二密封旋转环6208，第二密封旋转环6208的内圆面和移动环板6101的外圆面接触，内环体6201上贯穿式连接有第一导电环6205和第二导电环6206。
45.需要说明的是，如上述纳米粉末间距喷射机构61在调节自身高度的过程中，其上设置的驱动机构62和自适应搅拌机构63的位置也跟随其变化而变化，当纳米粉末间距喷射机构61将粉体物料均匀喷射在液体物料中后，通过驱动机构62中的第三电机6204驱动传动齿轮6203转动，传动齿轮6203转动后驱使环形齿轮6202带动内环体6201进行转动，内环体6201转动后带动固定支撑板6207和第二密封旋转环6208进行同向、同角度的转动，第二密封旋转环6208转动后带动其上连接的自适应搅拌机构63进行同向、同角度的转动，达到对液体物料和粉体物料充分搅拌的效果；
46.其中，需要说明的是，外界电源为其中的各电器件进行供电时，采用可伸缩式的电线穿过布线孔6103或布管孔6104与相应的电器件进行电连接，此为现有技术，因此，图中未示出伸缩电线的具体结构和布设图，因自适应搅拌机构63在搅拌过程中持续处于转动的情况，在内环体6201上布设了第一导电环6205和第二导电环6206，伸缩式的电线固定在环形腔室6102内壁上，并将火线和零线分别与第一导电环6205和第二导电环6206进行接触，可以为转动的自适应搅拌机构63中的电器件持续提供电能。
47.其中，如图2、图4和图5所示，自适应搅拌机构63包括连接在第二密封旋转环6208外圆面上的若干个第三密封波纹管6301和第四电机6302、连接在第三密封波纹管6301一端的第二密封端头6306、连接在第四电机6302输出轴端的联轴器6303、连接在联轴器6303一端的第二丝杆6304、固定连接在第二密封端头6306内壁上的固定套管6305以及连接在第二密封端头6306下端的辅助搅拌波纹管6307，固定套管6305和第二丝杆6304螺纹连接，辅助搅拌波纹管6307的下端连接在第一密封端头509上或另一组纳米粉末分散机构6中相对应的第二密封端头6306上。
48.需要说明的是，自适应搅拌机构63在跟随第二密封旋转环6208转动时，第三密封波纹管6301和辅助搅拌波纹管6307起到搅拌液体的效果，在搅拌时，为了适配不同的容器
并达到充分的搅拌效果，在其搅拌时使其搅拌半径逐渐增大，直至第二密封端头6306接触到容器内壁时停止，具体为，通过第四电机6302驱动联轴器6303和第二丝杆6304转动，第二丝杆6304转动后驱动无法转动的固定套管6305沿着第二丝杆6304的轴向移动，使得第三密封波纹管6301的长度逐渐的伸长，配合辅助搅拌波纹管6307，可以对容器内的物料进行充分的搅拌，使得物料充分的快速混合，而联轴器6303的输出力矩为设定的，当第二密封端头6306接触到容器内壁后受阻，第二丝杆6304受到反向力矩，当反向力矩大于联轴器6303的输出力矩时，第四电机6302的输出轴开始空转，防止在使用玻璃容器时因力矩过大而将玻璃容器破坏，其中，辅助搅拌波纹管6307的长度根据纳米粉末间距喷射机构61的变化而变化。
49.其中，如图6所示，喷头6107上设有输气通道6112和粉料通道6113，输气通道6112通过输气管与外界气源连接，粉料通道6113通过柔性料管与外界料桶连接，喷头6107的输出口内设有单向阀。
50.需要说明的是，喷头6107处的单向阀在高压气流的推动下打开，气流向液体物料中通入，随后向粉料通道6113中输入纳米粉体，气流可将纳米粉体喷射至液体物料中，此过程，液体物料进入喷头6107内，当粉体物料喷射结束后，逐渐的减小气流压力，单向阀直至关闭时，液体物料也无法进入喷头6107内；
51.其中，因喷头6107的位置在调节过程中会发生变化，输气管和柔性料管均采用可伸缩或可形变的材质管道，此为现有技术，在图中未示出。
52.本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
56.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。