一种半导体控温生物3D打印喷头制造技术

本实用新型专利技术提供一种半导体控温生物3D打印喷头。一种半导体控温生物3D打印喷头，其中，包括第一外壳、连接在第一外壳底部的第二外壳、料筒以及与料筒底端连接的喷头针尖，第一外壳和第二外壳内设有料筒导热块，料筒和喷头针尖穿过第一外壳插设在料筒导热块中，喷头针尖的前端穿出到第二外壳外部，料筒导热块的一侧设有第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片，第一级半导体制冷片的默认冷端与料筒导热块的侧壁紧贴，第二级半导体制冷片的默认冷端与第一级半导体制冷片的默认热端紧贴，第二级半导体制冷片的默认热端与第一外壳之间设有散热组件。本实用新型专利技术的喷头的控温范围更宽，温控装置更集成化，不存在温控盲区。

A Semiconductor Temperature-Controlled Bio-3D Printing Nozzle

The utility model provides a semiconductor temperature-controlled biological 3D printing nozzle. A semiconductor temperature-controlled bio-3D printing nozzle includes a first shell, a second shell connected to the bottom of the first shell, a feeding barrel and a sprinkler tip connected to the bottom of the feeding barrel. The first shell and the second shell are provided with a feeding barrel heat conducting block. The feeding barrel and the needle tip of the sprinkler pass through the first shell and are inserted in the feeding barrel heat conducting block. The front end of the needle tip penetrates into the outside of the second shell. On one side of the heat conducting block of the barrel, there are first-stage semiconductor refrigerating sheet and second-stage semiconductor refrigerating sheet. The default cold end of the first-stage semiconductor refrigerating sheet is close to the side wall of the heat conducting block of the barrel. The default cold end of the second-stage semiconductor refrigerating sheet and the default heat of the first-stage semiconductor The end is close to each other, and a heat dissipation component is arranged between the default hot end of the second stage semiconductor refrigeration sheet and the first housing. The temperature control range of the sprinkler head of the utility model is wider, the temperature control device is more integrated, and there is no blind zone of temperature control.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体控温生物3D打印喷头
本技术涉及3D打印设备
，更具体地，涉及一种半导体控温生物3D打印喷头。
技术介绍
生物3D打印是指利用具有良好生物相容性的生物材料或细胞并借助具有复杂成形运动的多维打印机等设备进行生物制造的技术。其中，生物材料或细胞直接与打印机的打印喷头接触，通过喷头挤出或者喷射的方式聚集到打印机的成型平台上从而获得需要的支架以及组织器官模型。在该过程中，打印机的喷头起到关键作用，打印喷头除了满足基本的生物学要求外还需要对生物材料或细胞进行打印温度预处理，即为最终成型提供恰当的前置温度环境。目前，现有喷头对温度的控制往往局限于单一制冷或加热模式，这样对生物材料的温敏特性有了更高的限制。并且，现有喷头的温控系统较为复杂庞大，喷头仅仅是安装整个温控系统的末端执行器，大部分温控辅助装置需要额外的空间和环境供给，这会增加整个设备的复杂程度并影响系统的稳定性。在喷头温控中，喷头的某些位置往往被忽略从而失去温度控制或者获得相悖的温度值，从而导致喷头堵塞或者打印不易成型。
技术实现思路
本技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种半导体控温生物3D打印喷头。本技术采用半导体制冷片作为喷头温控系统的核心器件，利用其帕尔贴效应完成制冷与加热状态的互相切换，从而实现喷头更宽温度范围的控制；温控装置全部集成在喷头上，使得温控装置更集成化，不存在温控盲区。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种半导体控温生物3D打印喷头，其中，包括第一外壳、连接在所述第一外壳底部的第二外壳、料筒以及与所述料筒底端连接的喷头针尖，所述第一外壳和第二外壳内设有料筒导热块，所述料筒和喷头针尖穿过所述第一外壳插设在所述料筒导热块中，所述喷头针尖的前端穿出到所述第二外壳外部，所述料筒导热块的一侧设有第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片。所述第一级半导体制冷片的默认冷端与所述料筒导热块的侧壁紧贴，优选的，所述料筒导热块的侧壁上设有用于与所述第一级半导体制冷片的默认冷端紧贴的连接平面，这样可以增大接触面积，提高热量传递效率，所述料筒导热块的侧壁上还设有温度传感器，以便监测料筒导热块上的温度；所述第二级半导体制冷片的默认冷端与所述第一级半导体制冷片的默认热端紧贴，所述第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片的电源分别独立供电。这样，第一级半导体制冷片的默认冷端产生的温度通过料筒导热块传递给盛放生物材料的料筒以及喷头针尖，整个料筒导热块与料筒以及喷头针尖的外缘紧密贴合，确保高效导热，进而确保料筒和喷头针尖处的温度保持一致并达到所需要的目标温度。所述第二级半导体制冷片的默认热端与所述第一外壳之间设有散热组件，散热组件可以将第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片工作时在第二级半导体制冷片的默认热端产生的大量热量散掉，以保证第一级半导体制冷片默认冷端的目标温度。半导体制冷片工作在制冷模式下时，热端会产生大量的热，由于每种规格的半导体制冷片冷、热端能达到的温差为定值，所以当热端热量不能被及时带走而使温度不断升高时，冷端的制冷下限则会被迫抬高。在现有温控喷头中，无论使用风冷、水冷还是散热管方式，都是直接与半导体制冷片的热端进行物理连接；采用以上直接散热的方式，其散热效率并不高，本技术利用半导体制冷片冷、热端固定极限温差的特点，在第一级半导体制冷片的默认热端物理贴合了第二级半导体制冷片的冷端，我们假定第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片使用了规格相同的半导体制冷片，制冷极限温差假设为50℃，目标制冷温度为-20℃。当使用本技术中所述方法时，第一级半导体制冷片的默认冷端为-20℃，那么，第一级制冷片的默认热端温度则不可以超过30℃，由于第二级制冷片的默认冷端与第一级制冷片的默认热端贴合，所以我们可以认为它们的温度一致，即，第二级制冷片的默认冷端温度为30℃，那么，只需要控制第二级制冷片的默认热端温度不超过80℃即可达到-20℃的目标温度值，而控制第二级制冷片默认热端的温度不超过80℃的难易程度要远远小于直接控制第一级制冷片默认热端的温度不超过30℃。当需要对装入料筒的生物材料或细胞进行加热时，利用半导体制冷片的帕尔贴效应，改变其通电顺序即可使得默认冷端和默认热端对调，这样即可获得加热效果，其温度传递原理与制冷模式一致。进一步的，所述第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片的上下两侧分别设有用于固定并防止第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片滑动的第一定位块和第二定位块，所述第一定位块和第二定位块通过螺钉与所述料筒导热块及散热组件固定连接。优选的，所述第一定位块和第二定位块的厚度稍小于第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片两者厚度之和。这样，可以保证第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片获得有效夹持力确保热接触稳定。进一步的，所述第一外壳、第二外壳、第一定位块和第二定位块均由绝热系数较高的保温材料制成。这样，可以保证在制冷或加热模式下减小喷头与外界环境的热量交换。进一步的，所述第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片的默认冷端及默认热端的表面上均涂覆有一层导热硅脂，这样提高热量传递效率。进一步的，所述散热组件包括若干一侧与所述第二级半导体制冷片的默认热端紧贴的散热管，以及设在所述第一外壳与所述散热管另一侧对应的位置上的散热风扇，所述第一外壳的底部设有进风口。所述散热管呈封闭环形，所述散热管与所述第二级半导体制冷片的默认热端对应的一侧设有与第二级半导体制冷片的默认热端紧贴的散热导热块，所述散热管与所述散热风扇对应的一侧设有若干间隔一定距离并列排布的散热翅片，散热导热块和散热翅片均由导热系数较高的金属材料制成。当喷头工作在制冷模式下时，第一级半导体制冷片热端的热量被第二级半导体制冷片的默认冷端降温后，第二级半导体制冷片默认热端的热量被散热导热块吸收并传递给散热管，散热管将热量传导至散热翅片处，最终，通过散热风扇带动空气流动带走散热翅片上的热量使得其温度降低。所述散热管采用封闭环形结构，散热管中的冷媒接收散热导热块传来的热量时，吸热汽化，由于由液态变为气态，该处压强增加，气态冷媒上升并聚集到热管顶端处，当到达散热翅片位置时由于该处热量散失加剧，气态冷媒放热液化，该处压强降低，液化后的冷媒由于自重和热管虹吸原因而下落至散热管底端，并在接近散热导热块的位置重新获得热量而汽化上升。由于散热管中的高低压强和冷媒的气液态转化使得热量在热管中可以不断循环并被散热翅片带走，从而实现降温的目的。优选的，所述散热翅片是由平面散热翅片经过两次折弯形成，这样可以增加散热翅片的有效散热面积；所述散热翅片整体平行于散热风向，这样可以降低散热风扇带动空气流动的流阻。进一步的，所述第一外壳上设有电路接口，以便连接外部电器元件及电源，所述第一外壳的外壁上与所述料筒对应的位置设有用于固定所述料筒的料筒卡扣。将生物材料或细胞盛放于料筒中，料筒底端与喷头针尖相连，然后将料筒及喷头针尖整体插入喷头中并利用料筒卡扣固定即完成加料工作。与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术设置了第一级半导体制冷片和第二级半导体制冷片，并设置了散热组件，使得第一级半导体制冷片在制冷过程中其默认热端的热量能够迅速被带走，从而保证其默认冷端获得稳定的目标温度；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，包括第一外壳（1）、连接在所述第一外壳（1）底部的第二外壳（2）、料筒（3）以及与所述料筒（3）底端连接的喷头针尖（4），所述第一外壳（1）和第二外壳（2）内设有料筒导热块（5），所述料筒（3）和喷头针尖（4）穿过所述第一外壳（1）插设在所述料筒导热块（5）中，所述喷头针尖（4）的前端穿出到所述第二外壳（2）外部，所述料筒导热块（5）的一侧设有第一级半导体制冷片（6）和第二级半导体制冷片（7）。

【技术特征摘要】
1.一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，包括第一外壳（1）、连接在所述第一外壳（1）底部的第二外壳（2）、料筒（3）以及与所述料筒（3）底端连接的喷头针尖（4），所述第一外壳（1）和第二外壳（2）内设有料筒导热块（5），所述料筒（3）和喷头针尖（4）穿过所述第一外壳（1）插设在所述料筒导热块（5）中，所述喷头针尖（4）的前端穿出到所述第二外壳（2）外部，所述料筒导热块（5）的一侧设有第一级半导体制冷片（6）和第二级半导体制冷片（7）。2.根据权利要求1所述的一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，所述第一级半导体制冷片（6）的默认冷端与所述料筒导热块（5）的侧壁紧贴，所述第二级半导体制冷片（7）的默认冷端与所述第一级半导体制冷片（6）的默认热端紧贴，所述第一级半导体制冷片（6）和第二级半导体制冷片（7）的电源分别独立供电。3.根据权利要求2所述的一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，所述第二级半导体制冷片（7）的默认热端与所述第一外壳（1）之间设有散热组件。4.根据权利要求3所述的一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，所述第一级半导体制冷片（6）和第二级半导体制冷片（7）的上下两侧分别设有用于固定并防止第一级半导体制冷片（6）和第二级半导体制冷片（7）滑动的第一定位块（8）和第二定位块（9），所述第一定位块（8）和第二定位块（9）通过螺钉与所述料筒导热块（5）及散热组件固定连接。5.根据权利要求4所述的一种半导体控温生物3D打印喷头，其特征在于，所述第一定位块（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传杰，邓坤学，唐学文，肖芳煌，陈瑞，钟怀秋，袁玉宇，
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