一种生物3D打印机气动喷头的控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种生物3D打印机气动喷头的控制系统。一种生物3D打印机气动喷头的控制系统，其中，包括气源和喷头，气源通过输气管路与喷头连接，输气管路上靠近喷头的一端设有电磁阀，电磁阀包括常开通道和常闭通道，常闭通道上连接有与外界相通的泄压支路，泄压支路上设有带开启压力的单向阀，气源和电磁阀之间的输气管路上设有调压阀。本实用新型专利技术的控制系统可以保证3D打印机的气动喷头由挤出状态切换为不挤出状态时，喷头的喷嘴无流涎现象；由不挤出状态恢复为挤出状态时，喷头内的气压可迅速响应并挤出材料。

A Control System of Pneumatic Nozzle for Bio-3D Printer

The utility model provides a control system for a pneumatic nozzle of a biological 3D printer. A control system of pneumatic nozzle for bio-3D printer includes air source and nozzle. The air source is connected with the nozzle through gas transmission pipeline. An electromagnetic valve is installed at one end of the gas transmission pipeline near the nozzle. The solenoid valve consists of an open channel and an open channel. There is a pressure relief branch connected with the outside world on the normal closed channel, and a one-way valve with open pressure on the relief branch, gas source and electricity. A pressure regulating valve is arranged on the gas pipeline between magnetic valves. The control system of the utility model can ensure that when the pneumatic nozzle of the 3D printer is switched from the extrusion state to the non-extrusion state, the nozzle of the nozzle does not salivate; when the non-extrusion state is restored to the extrusion state, the pressure in the nozzle can respond quickly and extrude materials.

【技术实现步骤摘要】
一种生物3D打印机气动喷头的控制系统
本技术涉及3D打印
，更具体地，涉及一种生物3D打印机气动喷头的控制系统。
技术介绍
3D打印技术是一种增材制造技术，3D打印机是一种依据特定格式的数字模型并利用各种原材料进行三维堆积成型的设备，所使用的材料有高分子线材和粒材、金属粉末、胶状生物材料和粉状无机材料等。根据成型原理不同，打印机的成型方式可分为熔融挤出成型、喷墨成型以及电纺丝成型等。对于挤出式3D打印，其基本原理为依靠挤出式喷头为温敏材料提供特定的温度环境并依靠压力推动材料流动形成一定直径的细丝，通过层层累计获得需要的打印模型。高精度挤出式打印是3D打印发展的趋势之一，为了提高打印精度，方法之一是选用孔径更小的喷嘴以获得更小直径的细丝，另外，还要精确控制细丝在关键位置的启停，即要控制气压突变式的变化。常见的挤出式喷头一般无法实现气压的突变式控制，喷头腔内的残余压力无法及时释放，导致在不需要材料挤出时仍然在残余压力的带动下不断从喷嘴挤出。或者喷头腔内压力过低，导致需要材料及时挤出时，压力未达到所需要的挤出压力值。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的至少一种缺陷，本技术提供一种生物3D打印机气动喷头的控制系统。该控制系统可以保证3D打印机的气动喷头由挤出状态切换为不挤出状态时，喷头的喷嘴无流涎现象；由不挤出状态恢复为挤出状态时，喷头内的气压可迅速响应并挤出材料。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种生物3D打印机气动喷头的控制系统，其中，包括气源和喷头，所述气源通过输气管路与所述喷头连接，具体地，所述喷头包括喷头腔和喷头腔前端的喷嘴，所述气源与所述喷头的喷头腔连接。优选的，所述气源为带气容的气泵或气瓶，这样可以保证气源向喷头内输送的气压更加稳定。所述输气管路上靠近所述喷头的一端设有电磁阀，所述电磁阀包括常开通道和常闭通道，所述常闭通道上连接有与外界相通的泄压支路，所述泄压支路上设有带开启压力的单向阀，所述输气管路上还设有调压阀。本技术中，气体利用调压阀调节输出压力大小，调压阀调节后的压力输出刚好满足不同材料在所需温度下的挤出压力。调节后的气压通过电磁阀的常开通道进入喷头的喷头腔内并推挤喷头腔内的材料从喷嘴挤出，此时喷头处于挤丝打印状态，生物材料可以稳定连续不断的从喷嘴挤出。当需要打印暂停或程序设定材料不挤出时，喷头需要切换为不挤丝状态并严格保证喷嘴无多余材料流涎。当关闭电磁阀的常开通道时，由于喷头腔内保留的材料挤出压力无法及时释放且整个喷头腔只有喷嘴与外界保持相通，从而会造成材料继续挤出形成流涎。为了克服流涎现象，本技术可以在关闭电磁阀常开通道的同时打开电磁阀的常闭通道，使喷头腔通过泄压支路与外界相通，从而可以避免喷头腔内残余压力通过喷嘴继续挤出材料。进一步地，当喷头由不挤出状态恢复至挤出状态时，需要喷头腔内压力迅速恢复至挤出状态时的压力值。但如果在不挤出状态下直接保持喷头腔与外界相通的话，喷头腔内的压力就和大气压力一致，状态瞬间切换后喷头腔内压力需要经过一个渐变的过程完成压力增加，在这个过程中，材料不能稳定挤出，喷头就会表现为断丝甚至造成模型断层现象。本技术中，在电磁阀常闭通道的泄压支路上串接了一个带开启压力的单向阀，单向阀可以保证气压由喷头腔向外界单一释放，单向阀的开启压力可以保证只允许超过开启压力的气压释放到外界且喷头腔内仍维持与单向阀开启压力一致的气压值，由于单向阀的开启压力仅略低于喷头中材料挤出时所需的压力，因此可以迅速恢复至材料挤出所需压力，使得材料可以稳定挤出。由此，既可保证喷头由挤出状态切换为不挤出状态时无流涎现象又可以保证喷头由不挤出状态恢复为挤出状态时可以迅速恢复喷头腔内压力。其中，由于不同流动特性的材料所对应的挤出压力是不同的，单向阀的开启压力可根据不同流动特性的材料进行调节，以提高本技术生物3D打印机气动喷头的控制系统的适用范围。进一步地，所述输气管路上靠近所述气源的一端设有气体净化干燥装置，这样可以使得从气源接入的气体能够保证无细菌、无尘且保持干燥，以达到生物3D打印对打印环境的无菌无尘的要求。所述气体净化干燥装置包括沿所述输气管路内气流流动方向依次设置的初级过滤器和高效过滤器，以及设在所述初级过滤器和高效过滤器之间的空气干燥器。初级过滤器作为第一道过滤环节用于除去气流中的大颗粒灰尘和杂质，初级过滤器的风阻较小，对于空气压力损失几乎没有影响，但是初级过滤器受污染较严重，更换频率较高。高效过滤器作为第二道过滤环节，其滤芯级别较高，滤芯空隙较小，可以有效过滤细菌等微生物和细小灰尘。在初级过滤和高效过滤之间加入空气干燥器，可以起到去除多余水分的作用，空气干燥器较精密，因此需要在前置气体使用初级过滤器处理，干燥后的气体可以直接送入高效过滤器进行最终处理，否则湿度过大的气体会加大高效过滤器的风阻，缩短其使用寿命。进一步地，所述单向阀的出气端设有消音器。消音器能够降低泄压支路的泄载噪音。进一步地，所述喷头为气动直驱的挤出成型式喷头。进一步地，所述电磁阀和喷头之间的输气管路上设有储料瓶。储料瓶中盛装待打印材料，正常挤出打印时，气体经过电磁阀到达储料瓶区域，并保持恒定压力推动储料瓶中的打印材料充满喷头。进一步地，还包括电磁阀切换控制器，所述电磁阀通过通讯接口与所述电磁阀切换控制器连接。电磁阀切换控制器接受程序控制并使得电磁阀阀体内部完成气路通道的切换。进一步地，所述气体净化干燥装置和调压阀之间的输气管路上设有稳压阀。这样，气体进入调压阀调压之前首先经过稳压阀，以保证输入调压阀的气流稳定无波动。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术在输气管路靠近喷头的一端设置了电磁阀，且在电磁阀的常闭通道上连接了泄压支路，并在泄压支路上设置了带开启压力的单向阀，使得喷头由挤出状态切换为不挤出状态时，喷头腔内残留的气压可以通过泄压支路排出部分到外界，使得喷头腔内的压力略小于材料挤出所需的压力，以保证喷嘴无流涎现象。而喷头由不挤出状态恢复为挤出状态时，由于喷头腔内的压力与单向阀开启压力一致，略小于材料挤出所需的压力，喷头腔内的气压可迅速响应并挤出材料，不会出现断丝甚至模型断层的现象。本技术在输气管路靠近气源的一端设有气体净化干燥装置，使得气体经过处理后，不会对喷头内材料产生二次污染，洁净度高，适合直接驱动喷头进行细胞打印。附图说明图1是本技术生物3D打印机气动喷头的整体结构示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。如图1所示，一种生物3D打印机气动喷头的控制系统，其中，包括气源1和喷头2，优选地，所述喷头2包括喷头腔和喷头腔前端的喷嘴，所述气源1通过输气管路3与所述喷头2的喷头腔连接，优选地，所述气源1为带气容7的气泵或气瓶8，这样可以保证气源1向喷头腔内输送的气压更加稳定。所述输气管路3上靠近所述喷头2的一端设有电磁阀4，所述电磁阀4包括常开通道和常闭通道，所述常闭通道上连接有与外界相通的泄压支路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物3D打印机气动喷头的控制系统，其特征在于，包括气源（1）和喷头（2），所述气源（1）通过输气管路（3）与所述喷头（2）连接，所述输气管路（3）上靠近所述喷头（2）的一端设有电磁阀（4），所述电磁阀（4）包括常开通道和常闭通道，所述常闭通道上连接有与外界相通的泄压支路，所述泄压支路上设有带开启压力的单向阀（5），所述气源和电磁阀（4）之间的输气管路（3）上设有调压阀（6）。

【技术特征摘要】
1.一种生物3D打印机气动喷头的控制系统，其特征在于，包括气源（1）和喷头（2），所述气源（1）通过输气管路（3）与所述喷头（2）连接，所述输气管路（3）上靠近所述喷头（2）的一端设有电磁阀（4），所述电磁阀（4）包括常开通道和常闭通道，所述常闭通道上连接有与外界相通的泄压支路，所述泄压支路上设有带开启压力的单向阀（5），所述气源和电磁阀（4）之间的输气管路（3）上设有调压阀（6）。2.根据权利要求1所述的生物3D打印机气动喷头的控制系统，其特征在于，所述气源（1）为带气容（7）的气泵（8）或气瓶。3.根据权利要求1所述的生物3D打印机气动喷头的控制系统，其特征在于，所述输气管路（3）上靠近所述气源（1）的一端设有气体净化干燥装置，所述气体净化干燥装置包括沿所述输气管路（3）内气流流动方向依次设置的初级过滤器（9）和高效过滤器（10），以及设在所述初级过滤器（9）和高效过滤器（10）之间的空气干燥器（11）。4.根据权利要求1所述的生物3D打印机气动喷头的控制系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传杰，邓坤学，袁玉宇，唐学文，肖芳煌，钟怀秋，陈瑞，
申请(专利权)人：广州迈普再生医学科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44