智能监控3D打印的喷头工作状态的方法、应用和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能监控3D打印的喷头工作状态的方法、应用和装置，针对水凝胶等材料的3D打印对于提高打印成功率的需求，构建了智能监控3D打印形态放入方法和装置结构。本发明专利技术面向导电凝胶材料3D打印的智能监控系统包括喷头监测回路、CPU控制单元、光敏传感器模块、调节装置、供料装置。本发明专利技术通过喷头监测回路实时监测打印过程，当出现故障发送信号给CPU单元及时调整，使得智能监控喷头出料情况成为可能，提高打印成功率，从而提高打印质量，制造出符合既定要求的3D打印产品。

Method, application and device for intelligently monitoring 3D print nozzle working state

The invention discloses a method, a nozzle working state intelligent monitoring 3D printing applications and device for hydrogel materials such as 3D printing to improve the success rate of printing needs, build intelligent monitoring method and device in the form of 3D printing structure. The invention relates to an intelligent monitoring system for 3D printing of conductive gel material, comprising a nozzle monitoring loop, a CPU control unit, a photosensitive sensor module, an adjusting device and a feeding device. Through the real-time monitoring of the print head loop monitoring process, when sending signals to the CPU unit fault timely adjustment, making the intelligent monitoring nozzle discharge possible, improve the success rate of printing, so as to improve the quality of printing, 3D printing products manufacturing to meet the established requirements.

【技术实现步骤摘要】
智能监控3D打印的喷头工作状态的方法、应用和装置
本专利技术涉及一种3D打印工艺、应用和装置，特别是涉及一种智能3D打印工艺、应用和装置，应用于增材制造

技术介绍
近年来，3D打印技术逐渐融入到人们的日常生活中来。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层叠加的方式制造三维物体的的快速成型技术。其在工业设计、医疗航空、精密制造、生物制造等领域得到了广泛的应用。水凝胶材料是当前应用广泛的一种新型生物医用材料，该材料具有很好的生物相容性，可以用于和人组织接触，广泛应用于生物医药、组织工程和生物3D打印领域。同时水凝胶材料在药物控释、细胞培养等领域也有着很重要的应用。采用在自组装水凝胶中加入生物活性基因的方法在再生医学领域已经发挥了很重要的作用。并且水凝胶材料来源丰富，价格低廉。水凝胶是一种以水为分散介质的凝胶，因此在实际使用中经过混合后的水凝胶材料均具有导电性。水凝胶材料在生物制造领域的研究越来越重要，但是这类材料在打印过程中容易发生溶胀，变形，成形比较困难，亟待找到打印的解决方案，其中喷头部分的设计是关键之一。在水凝胶材料的3D打印的过程中，喷头出料正常是确保打印质量的很重要一个环节，若出料不正常会造成喷头阻塞，喷嘴处易形成膨胀的液滴，如果不及时对供料机构进行调整，将会严重影响打印质量，甚至导致打印失败。传统的监测主要是通过人眼是去识别出料是否正常，监测难度较大，因此这就对水凝胶材料打印形态的智能监控提出了要求，开发一种监控3D打印的喷头工作状态的方法和装置成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种智能监控3D打印的喷头工作状态的方法、应用和装置，满足了水凝胶等材料的3D打印对于提高打印成功率的需求，构建了智能监控3D打印形态放入方法和装置结构，能实时监测打印过程，若打印过程中出现错误及时进行调整，使得智能监控喷头出料情况成为可能，提高打印成功率，制造出符合既定要求的3D打印产品。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种智能监控3D打印的喷头工作状态的方法，在3D打印机的喷头的喷嘴前沿位置处设置具有缺口的喷头监测回路，并使喷头监测回路的缺口不构成阻挡喷嘴正常出料的障碍；在喷头监测回路中接入LED发光器件，并设置光敏传感器件，光敏传感器件实时检测LED发光器件的发光状态信号，向主控制器发送采集信号；主控制器根据接收的信号进行计算和信号处理，通过控制3D打印机的供料装置，调节3D打印机的喷头的出料状态；当光敏传感器件感应到LED发光器件发光时，主控制器判断喷头监测回路导通，并得出在喷头的喷嘴前沿位置处已经形成膨胀的导电液滴的结论，识别出喷头进行出料时出现故障异常状态，此时主控制器发出控制信号控制供料装置，使在喷头的喷嘴前沿位置处形成的膨胀的导电液滴消失，排除3D打印机的故障工作状态，使3D打印工作正常进行。一种本专利技术智能监控3D打印的喷头工作状态的方法的应用，能面向水凝胶材料3D打印工作进行智能监控。一种面向导电凝胶材料3D打印的智能监控系统，主要包括CPU控制单元、3D打印机的供料装置和喷头以及电源端，供料装置的出料口与喷头的管腔进口相连通，CPU控制单元控制供料装置的供料工作，供料装置通过喷头进行出料工作，电源端为各电子器件进行供电，智能监控系统还包括传感装置，传感装置将采集到的喷头的出料状态信息向CPU控制单元传输，传感装置主要由喷头监测回路、LED灯、光敏传感器模块和电源端组成，而喷头监测回路包括接地端电路和传感工作电路两部分组成，其中接地端电路的一端与接地端相连，接地端电路的另一端设置在3D打印机的喷头的喷嘴位置处形成第一开路端，而传感工作电路的一端与电源端电相连，传感工作电路的另一端设置在3D打印机的喷头的喷嘴位置处形成第二开路端，LED灯设置于喷头监测回路中作为光电元件，接地端电路和传感工作电路的两个开路端以非接触的形式设置在3D打印机的喷头的喷嘴位置处，在接地端电路和传感工作电路的两个开路端之间形成一个电路断开的回路缺口，当且仅当3D打印机的喷头的喷嘴前沿位置处形成膨胀的导电液滴时，并且当接地端电路和传感工作电路的两个开路端同时与导电液滴浸润时，则使接地端电路和传感工作电路的两个开路端发生电连接，进而使喷头监测回路在接地端和电源端之间形成导电通路，从而使喷头监测回路形成线路闭合导电工作电路，此时LED灯则发光；光敏传感器模块和LED灯安装在一起，光敏传感器模块的信号输出端与CPU控制单元的对应信号端连接，光敏传感器模块向CPU控制单元发送实时信号，CPU控制单元通过计算和分析，得出结果并发出控制指令，对供料装置的供料工作进行控制，光敏传感器模块用来检测LED灯是否发光，进而检测判断喷头监测回路是否导通，当光敏传感器模块感应到LED灯发光时，CPU控制单元判断喷头监测回路导通，并得出在喷头的喷嘴前沿位置处已经形成膨胀的导电液滴的结论，识别出喷头进行出料时出现故障，此时CPU控制单元发出控制信号控制供料装置，使在喷头的喷嘴前沿位置处形成的导电液滴消失，排除3D打印机的故障工作状态，使3D打印工作正常进行。作为本专利技术的一种优选技术方案，LED灯设置于传感工作电路中作为光电元件。作为本专利技术的另一种优选技术方案，LED灯设置于接地端电路中作为光电元件。作为上述方案的进一步优选的技术方案，光敏传感器模块以非接触形式设置于靠近LED灯设置，并使的光敏传感器模块感应端朝向LED灯的出光方向。作为上述方案的进一步优选的技术方案，设有调节装置，调节装置分别与CPU控制单元和供料装置信号连接，CPU控制单元通过控制调节装置，对供料装置进行驱动控制，进而控制喷头的出料工作。作为上述方案的进一步优选的技术方案，CPU控制单元采用STM32单片机。作为上述方案的进一步优选的技术方案，供料装置采用气压挤出、液压挤出或电机挤出方式，驱动挤出装置进行供料。作为上述方案的进一步优选的技术方案，在3D打印机的喷头的喷嘴前沿位置处，接地端电路和传感工作电路的两个开路端围绕喷头的喷嘴前沿面对面按照180°角度间隔设置，接地端电路和传感工作电路的两个开路端的间距大于喷头的喷嘴的内径尺寸，使接地端电路和传感工作电路的两个开路端不构成阻挡喷嘴正常出料的障碍。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术提供一种面向水凝胶材料打印形态智能监控的3D打印喷头构建方法通过对于喷头出料过程的实时监测，相比较与传统的人眼监测，精确度更高；2.本专利技术使用电信号来作为控制调节信号，比传统的人工调节方法速度更快，实时性更好；3.本专利技术提出一种面向水凝胶材料打印形态智能监控的3D打印喷头构建方法采用模块化设计，易于集成，使用方便；4.本专利技术针对水凝胶材料3D打印过程中对于提高打印质量的需求，提出了一种智能监控出料情况并且实时调控的3D打印喷头构建方法，通过喷头监测回路实时监测打印过程，如果出现故障发送信号给CPU单元及时调整，从而提高打印质量，打印出符合既定要去的产品。附图说明图1为本专利技术实施例一面向导电凝胶材料3D打印的智能监控系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例一的喷头监测回路处于电路导通状态的供料故障状态示意图。图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能监控3D打印的喷头工作状态的方法，其特征在于：在3D打印机的喷头的喷嘴前沿位置处设置具有缺口的喷头监测回路，并使喷头监测回路的缺口不构成阻挡喷嘴正常出料的障碍；在喷头监测回路中接入LED发光器件，并设置光敏传感器件，光敏传感器件实时检测LED发光器件的发光状态信号，向主控制器发送采集信号；主控制器根据接收的信号进行计算和信号处理，通过控制3D打印机的供料装置，调节3D打印机的喷头的出料状态；当光敏传感器件感应到LED发光器件发光时，主控制器判断喷头监测回路导通，并得出在喷头的喷嘴前沿位置处已经形成膨胀的导电液滴的结论，识别出喷头进行出料时出现故障异常状态，此时主控制器发出控制信号控制供料装置，使在喷头的喷嘴前沿位置处形成的膨胀的导电液滴消失，排除3D打印机的故障工作状态，使3D打印工作正常进行。

【技术特征摘要】
1.一种智能监控3D打印的喷头工作状态的方法，其特征在于：在3D打印机的喷头的喷嘴前沿位置处设置具有缺口的喷头监测回路，并使喷头监测回路的缺口不构成阻挡喷嘴正常出料的障碍；在喷头监测回路中接入LED发光器件，并设置光敏传感器件，光敏传感器件实时检测LED发光器件的发光状态信号，向主控制器发送采集信号；主控制器根据接收的信号进行计算和信号处理，通过控制3D打印机的供料装置，调节3D打印机的喷头的出料状态；当光敏传感器件感应到LED发光器件发光时，主控制器判断喷头监测回路导通，并得出在喷头的喷嘴前沿位置处已经形成膨胀的导电液滴的结论，识别出喷头进行出料时出现故障异常状态，此时主控制器发出控制信号控制供料装置，使在喷头的喷嘴前沿位置处形成的膨胀的导电液滴消失，排除3D打印机的故障工作状态，使3D打印工作正常进行。2.一种权利要求1所述智能监控3D打印的喷头工作状态的方法的应用，其特征在于：面向水凝胶材料3D打印工作进行智能监控。3.一种面向导电凝胶材料3D打印的智能监控系统，主要包括CPU控制单元(1)、3D打印机的供料装置(3)和喷头(11)以及电源端(10)，供料装置(3)的出料口与喷头(11)的管腔进口相连通，所述CPU控制单元(1)控制供料装置(3)的供料工作，供料装置(3)通过喷头(11)进行出料工作，所述电源端(10)为各电子器件进行供电，其特征在于：所述智能监控系统还包括传感装置，所述传感装置将采集到的喷头(11)的出料状态信息向CPU控制单元(1)传输，所述传感装置主要由喷头监测回路(4)、LED灯(9)、光敏传感器模块(5)和所述电源端(10)组成，而所述喷头监测回路(4)包括接地端电路(6)和传感工作电路(7)两部分组成，其中所述接地端电路(6)的一端与接地端(8)相连，所述接地端电路(6)的另一端设置在3D打印机的喷头(11)的喷嘴位置处形成第一开路端，而所述传感工作电路(7)的一端与所述电源端(10)电相连，所述传感工作电路(7)的另一端设置在3D打印机的喷头(11)的喷嘴位置处形成第二开路端，所述LED灯(9)设置于所述喷头监测回路(4)中作为光电元件，所述接地端电路(6)和传感工作电路(7)的两个开路端以非接触的形式设置在3D打印机的喷头(11)的喷嘴位置处，在所述接地端电路(6)和传感工作电路(7)的两个开路端之间形成一个电路断开的回路缺口，当且仅当3D打印机的喷头(11)的喷嘴前沿位置处形成膨胀的导电液滴(12)时，并且当所述接地端电路(6)和传感工作电路(7)的两个开路端同时与导电液滴(12)浸润时，则使所述接地端电路(6)和传感工作电路(7)的两个开路端发生电连接，进而使喷头监测回路(4)在接地端(8)和电源端(10)之间形成导电通路，从而使喷头监测回路(4)形成线路闭合导电工...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘媛媛，连红军，张毅，汪羽，蒲华燕，杨扬，刘娜，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31