一种并行工作3D生物打印机制造技术

本发明专利技术一种并行工作3D生物打印机，属于并行工作3D生物打印机技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种并行工作3D生物打印机硬件结构及使用方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括固定底盘，所述固定底盘的中心位置设置有打印机固定器，所述打印机固定器的底部设置有螺旋臂，所述螺旋臂由主步进电机驱动转动；所述固定底盘的外围设置有多个扇形浮动区，所述扇形浮动区上设置有喷头控制器和从步进电机；所述喷头控制器向下延伸设置有输料软管，所述输料软管的端口处设置有打印喷头；所述从步进电机的底部设置有丝杠，所述丝杠由从步进电机驱动做纵向运动；本发明专利技术应用于3D生物打印机。

A Parallel 3D Bioprinter

【技术实现步骤摘要】
一种并行工作3D生物打印机
本专利技术一种并行工作3D生物打印机，属于并行工作3D生物打印机

技术介绍
目前3D打印技术广泛应用于航天、音乐、文物、医疗、建筑、制造等行业，在生物医药领域，3D生物打印与传统的3D打印有很大的区别，除应用传统3D打印的核心技术外，整个3D生物模件打印制造过程必须符合生物学的标准，还要保证打印出的细胞活性、组织功能；目前在进行3D生物模件打印时，由于精度和材料要求较高，打印速度通常较慢，需要采用并行控制的方式进行打印，而目前具备并行打印功能的3D生物打印机结构复杂，调试操作困难，在打印过程中容易出现并行打印的多喷头互相干涉的问题，导致打印模件出现错误；因此，需要对现有3D生物打印机的并行打印功能结构进行一定程度的改进。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种并行工作3D生物打印机硬件结构及使用方法的改进。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种并行工作3D生物打印机，包括固定底盘，所述固定底盘的中心位置设置有打印机固定器，所述打印机固定器的底部设置有螺旋臂，所述螺旋臂由主步进电机驱动转动；所述固定底盘的外围设置有多个扇形浮动区，所述扇形浮动区上设置有喷头控制器和从步进电机；所述喷头控制器向下延伸设置有输料软管，所述输料软管的端口处设置有打印喷头；所述从步进电机的底部设置有丝杠，所述丝杠由从步进电机驱动做纵向运动；所述螺旋臂的底部与动作底盘连接固定，所述螺旋臂通过主步进电机驱动使动作底盘做旋转运动；所述动作底盘上正对打印喷头的位置上设置有打印托盘。所述扇形浮动区的数量为四个，从步进电机的数量为四个，所述丝杠的数量为四个。所述喷头控制器的顶部设置有生物材料注入端口，所述喷头控制器的内部还设置有喷头开关和喷头流量控制器。所述打印机固定器内部还设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有打印控制器，所述打印机固定器的侧面还设置有电源模块；所述打印控制器通过导线分别与主步进电机、从步进电机、喷头开关、喷头流量控制器、电源模块相连；所述打印控制器还连接有数据存储模块。所述打印控制器使用的芯片为移位锁存芯片U1和总线数据收发芯片U2；所述移位锁存芯片U1的型号为74HC595；所述总线数据收发芯片U2的型号为74HC245C。本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术提供的3D生物打印机采用主从电机对打印底盘进行运行控制，同时设置多组打印喷头可以满足并行打印需求；在使用时，每组打印喷头均设置有相应的从电机和打印喷头控制装置，打印机控制器通过接收预设的打印区域分配数据和模件建模数据进行打印，本专利技术结构简单，使用简便，采用扇形浮动区打印的方式，通过控制多个从电机控制丝杠的运动解决并行打印相互干涉的问题，可以有效提高打印效率和打印精度，可在3D生物材料打印领域推广使用。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为本专利技术的电路结构示意图；图4为本专利技术打印控制器的电路图；图中：1为固定底盘、2为打印机固定器、3为螺旋臂、4为主步进电机、5为扇形浮动区、6为喷头控制器、7为从步进电机、8为输料软管、9为打印喷头、10为丝杠、11为动作底盘、12为打印托盘、13为喷头开关、14为喷头流量控制器、15为打印控制器、16为电源模块、17为数据存储模块。具体实施方式如图1至图4所示，本专利技术一种并行工作3D生物打印机，包括固定底盘（1），所述固定底盘（1）的中心位置设置有打印机固定器（2），所述打印机固定器（2）的底部设置有螺旋臂（3），所述螺旋臂（3）由主步进电机（4）驱动转动；所述固定底盘（1）的外围设置有多个扇形浮动区（5），所述扇形浮动区（5）上设置有喷头控制器（6）和从步进电机（7）；所述喷头控制器（6）向下延伸设置有输料软管（8），所述输料软管（8）的端口处设置有打印喷头（9）；所述从步进电机（7）的底部设置有丝杠（10），所述丝杠（10）由从步进电机（7）驱动做纵向运动；所述螺旋臂（3）的底部与动作底盘（11）连接固定，所述螺旋臂（3）通过主步进电机（4）驱动使动作底盘（11）做旋转运动；所述动作底盘（11）上正对打印喷头（9）的位置上设置有打印托盘（12）。所述扇形浮动区（5）的数量为四个，从步进电机（7）的数量为四个，所述丝杠（10）的数量为四个。所述喷头控制器（6）的顶部设置有生物材料注入端口，所述喷头控制器（6）的内部还设置有喷头开关（13）和喷头流量控制器（14）。所述打印机固定器（2）内部还设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有打印控制器（15），所述打印机固定器（2）的侧面还设置有电源模块（16）；所述打印控制器（15）通过导线分别与主步进电机（4）、从步进电机（7）、喷头开关（13）、喷头流量控制器（14）、电源模块（16）相连；所述打印控制器（15）还连接有数据存储模块（17）。所述打印控制器（15）使用的芯片为移位锁存芯片U1和总线数据收发芯片U2；所述移位锁存芯片U1的型号为74HC595；所述总线数据收发芯片U2的型号为74HC245C。本专利技术针对现有并行工作的3D打印机结构进行改进，使用多喷头并行工作的方式进行3D生物打印；根据实际使用情况，可以将打印喷头数量设置为四组，例如对一块细胞组织进行3D生物打印时，先将此细胞划分为四个部分，四个喷头分别负责四块部分区域进行打印，各部分打印结束后，控制器控制动作底盘旋转，再次进行打印，共循环四次，使同样的细胞被打印出四份。本专利技术在固定器中设置有打印控制器，能够对上位机发送的控制指令进行并行处理，从而控制多组喷头的并行打印，所述打印控制器通过内部数据通信模块与上位机进行数据交换，上位机通过对打印模件的数据分析，处理生成对3D生物打印机控制的动作数据；在进行3D打印过程中，上位机通过对待打印模件进行建模，将其分解成多张数字切片，并将这些切片数据发送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到形成一个固态物体成型。本专利技术主要包括步进电机、具备注入生物材料的喷头控制器、输料软管、打印喷头、丝杠、扇形浮动区、螺旋臂和旋转底盘。所述主步进电机的作用是控制螺旋臂使动作底盘进行旋转运动，本专利技术中使用的输料软管和打印喷头都不会自行移动，并行打印时需要通过控制动作底盘的自转来实现打印；选取四根丝杠和四个从步进电机的原因是所需打印物体为3D模型，如果丝杠不移动，喷头所打印的仅仅是2D平面效果（XOY平面），需要通过控制从步进电机使丝杠纵向移动，从而控制扇形浮动区上下移动来实现Z轴方向的打印，实现3D立体打印效果。所述喷头控制器的顶部设置有生物材料注入口，在使用时，将生物材料注入，配合打印控制器对喷头开关和喷头流量控制器的控制，实现对3D模件的打印。例如在打印过程中，需要打印一个细胞组织时，首先对于输入的细胞组织进行数据处理分析，然后通过计算机进行图像分析处理，两者的数据结合，经过分析处理后可以将细胞组织分为四部分，根据分析结果每个生物材料注入口及喷头控制器中注入不同的组织液，打印喷头分别对不同的部分进行打印，每个喷头负责一个部分的打印，四个打印喷头同时进行打印；当四个打印喷头控制的部分打印完成后，主步进电机会通过调整动作底盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并行工作3D生物打印机，其特征在于：包括固定底盘（1），所述固定底盘（1）的中心位置设置有打印机固定器（2），所述打印机固定器（2）的底部设置有螺旋臂（3），所述螺旋臂（3）由主步进电机（4）驱动转动；所述固定底盘（1）的外围设置有多个扇形浮动区（5），所述扇形浮动区（5）上设置有喷头控制器（6）和从步进电机（7）；所述喷头控制器（6）向下延伸设置有输料软管（8），所述输料软管（8）的端口处设置有打印喷头（9）；所述从步进电机（7）的底部设置有丝杠（10），所述丝杠（10）由从步进电机（7）驱动做纵向运动；所述螺旋臂（3）的底部与动作底盘（11）连接固定，所述螺旋臂（3）通过主步进电机（4）驱动使动作底盘（11）做旋转运动；所述动作底盘（11）上正对打印喷头（9）的位置上设置有打印托盘（12）。

【技术特征摘要】
1.一种并行工作3D生物打印机，其特征在于：包括固定底盘（1），所述固定底盘（1）的中心位置设置有打印机固定器（2），所述打印机固定器（2）的底部设置有螺旋臂（3），所述螺旋臂（3）由主步进电机（4）驱动转动；所述固定底盘（1）的外围设置有多个扇形浮动区（5），所述扇形浮动区（5）上设置有喷头控制器（6）和从步进电机（7）；所述喷头控制器（6）向下延伸设置有输料软管（8），所述输料软管（8）的端口处设置有打印喷头（9）；所述从步进电机（7）的底部设置有丝杠（10），所述丝杠（10）由从步进电机（7）驱动做纵向运动；所述螺旋臂（3）的底部与动作底盘（11）连接固定，所述螺旋臂（3）通过主步进电机（4）驱动使动作底盘（11）做旋转运动；所述动作底盘（11）上正对打印喷头（9）的位置上设置有打印托盘（12）。2.根据权利要求1所述的一种并行工作3D生物打印机，其特征在于：所述扇形浮动区（5）的数量为四个，从步进电机（7）的数量为四个，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑胜波，杨洋，周传刚，王煜，袁仲云，禚凯，薛县伟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14