一种3D打印设备制造技术

本发明专利技术公开了一种3D打印设备，包括机身框架，机身框架的顶面一侧竖直设有Z轴电机滑台，Z轴电机滑台上设有成型平台，机身框架的顶面中部设有剥离机构，剥离机构上设有盛料装置，盛料装置正对成型平台的底部；DLP光机、光路调节装置、主控板及控制电路均安装于机身框架内部，补料模块加装于盛料装置一侧并对准料槽，分布式温控模块分别安装于盛料装置、补料模块、成型平台三处。该设备结构稳定，操作方便，可打印精细度高达微米级且造型复杂的树脂或生物材料结构；其机身小，适用于超净台等狭小的空间操作；设备可加装分布式温控模块与补料模块，防止生物材料的冷凝，减小生物凝胶材料的水分蒸发所带来的浓度变化，节省生物墨水材料。

A 3D Printing Device

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印设备
本专利技术涉及自动化装备
，尤其是涉及一种3D打印设备。
技术介绍
3D打印技术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技术。运用三维打印机打印模型，无需传统的切削加工机床和工模具，在计算机的控制下根据工件的三维模型可直接成形三维实体。该技术在珠宝、机械行业、工业设计、建筑工程、航空航天、牙科和医疗产业以及其他领域都有所应用。随着3D打印行业的飞速发展，人们对3D打印机的要求也越来越高。现有的3D打印设备虽然能满足普通的使用需求，但大多停留在针对普通材料的加工阶段，不能适应特种材料诸如水凝胶等“生物墨水”材料的3D成型打印，缺乏模块化与功能化设计。市面上缺乏一种可同时打印传统材料与生物材料的3D打印设备，其技术难点在于要同时适应传统材料与生物材料所存在的性质与性能差异。与传统材料3D打印类似的是，生物3D打印也是基于3D增材制造原理，只不过是利用“生物墨水”打印出所设计的三维结构体的技术，是一种以加工活性材料包括生物材料、生长因子、细胞等为主要内容，以重建人体组织和器官为目标，跨学科和领域的新型再生医学工程技术。其作为一种新兴的组织工程手段，已经在细胞三维体外培养、器官芯片制造、药物筛选，组织再生等方面起到越来越重要的作用，可以以较快、方便的构建细胞体外生长环境，或制造体内支架。与传统材料3D打印所不同的是，生物打印需要为细胞等生物活性材料提供适宜其生存、生长以及具有良好生物学功能的条件，如温度与湿度，还需要考虑生物材料所具有的完全不同于常规打印材料的特性。目前，生物打印机通常采用挤出式的打印方式，温度过低会导致生物墨水材料冷凝，容易使挤出头发生堵塞，导致打印中断。而欲进一步提高其精度，就必须把挤出头做小，这是一组矛盾。故采用挤出式的3D打印方式很难实现更为精细的孔隙结构和更为复杂的外形结构，打印材料容易在温度得不到有效控制的喷嘴及管路流道中发生堵塞，这种现象随着打印材料黏度的增加而愈加明显，从而影响整个生物打印机的打印效率。而采用DLP光固化3D打印技术则无需挤出头，并可以实现微米级的高精度打印，以及各种各样复杂的造型。但常规的光固化3D打印必须要求打印材料的流动性较好，故不适用于易冷凝生物材料的打印，同时水凝胶等材料存在水分易蒸发并发生收缩变形，以及材料昂贵的特点。综上，为适应生物3D打印，需要具备温度控制，湿度控制以及节约打印材料的能力。
技术实现思路
为克服现有3D打印设备的各种缺陷，本专利技术的目的在于提供一种全新的具备复杂造型能力的高精度3D打印设备，具备模块化与功能化设计，打印机主体在功能上即可满足打印光敏性树脂等传统材料的需求，同时留有功能扩展接口，可按需加装针对“生物墨水”打印的补料模块与温控模块，即实现了打印传统材料的同时，亦可打印光敏性“生物墨水”材料，只需添加上述两个模块即可。通过该设备，能够制造出精细度高达微米级、造型复杂的传统树脂或特种生物墨水3D打印结构。针对诸如水凝胶等生物材料打印时，本装置结构稳定且小型化的机身，完全可适用于无菌超净台狭小的空间，且设备加装分布式温控模块后，可在整个打印过程中对盛料装置、补料模块、成型平台三处的生物材料进行加热与保温以防止材料冷凝，确保打印的顺利进行。设备具备补料模块，可按一定规律定期加料，相较于一次性向料槽开放空间加注全部打印材料，由密封容器向外加料的设计减小了打印材料中易挥发组分暴露于空气中的面积、减小材料的水分蒸发，亦克服了长时间打印生物材料的浓度变化，同时节省了昂贵的生物墨水材料：本次打印结束后容器中剩余的打印材料可被回收或直接用于下一次打印，并可长时间保证无菌性。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种3D打印设备，包括机身框架，机身框架的顶面一侧竖直设有Z轴电机滑台，Z轴电机滑台上设有成型平台，机身框架的顶面中部设有剥离机构，剥离机构上设有盛料装置，所述盛料装置正对成型平台的底部；DLP光机、光路调节装置、主控板及控制电路均安装于机身框架内部；打印生物墨水时，于盛料装置一侧对准料槽加装补料模块，并于盛料装置、补料模块、成型平台三处分别安装分布式温控模块。进一步的，所述的成型平台通过平台支架固定于Z轴电机滑台的滑块上，所述平台支架的底面依次固定有上片、下片和成型面板，三个精密调节装置平均分布在上片的顶面外周并伸入下片顶面设置的凹坑内。进一步的，所述的成型面板可拆卸固定在下片的底面。进一步的，所述的剥离机构包括料槽夹持块、转轴结构、上支撑板、盛料机构拖持板、剥离机构底板、缓冲调节装置、导向限位杆、连接头和贯穿式电机，所述剥离机构底板的一端通过转轴结构铰接在上支撑板上，其另一端的中部通过连接头与贯穿式电机的T型杆上端相连接；所述剥离机构底板的顶面通过三个缓冲调节装置固定有盛料机构拖持板，其中两个分别设置在剥离机构底板一边的两个顶角处，另一个设置在与之相对的另一条边的中部，所述盛料机构拖持板的顶面设有料槽夹持块；所述上支撑板上于连接头的两端开设有一对导向槽，两根导向限位杆分别穿设于两个导向槽并固定在剥离机构底板的底部，所述导向槽的宽度与导向限位杆的轴径相匹配。进一步的，所述盛料装置包括料槽底座、料槽圈、特种玻璃和绷膜圈，所述盛料装置通过其底部的料槽底座插装于剥离机构的料槽夹持块之间；料槽底部安装有玻璃，所述玻璃上铺设有离型膜，所述绷膜圈与料槽圈相互压紧实现对离型膜绷紧；所述的玻璃可针对性的透过特定波长的固化光。进一步的，所述的光路调节装置包括焦距调节滑轨和带有固定支架的反光镜，焦距调节滑轨和带有固定支架的反光镜固定在机身框架内，所述DLP光机设置在焦距调节滑轨上，其发射光经反光镜反射后垂直射向盛料装置的底部中心。进一步的，所述补料模块固定在料槽夹持块的顶面，所述补料模块包括小型滑台、推杆、生物墨水容器和保温夹具，所述推杆设置在生物墨水容器内并固定在小型滑台的滑块上，所述保温夹具设置在生物墨水容器的外周。进一步的，所述分布式温控模块由功率输出装置和温度反馈装置构成。有益效果：本专利技术提供了一种3D打印设备，与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：一、本专利技术的3D打印设备结构稳定，操作方便，光机的高精度投影将生物墨水固化，使得成型精度可达数十微米，并且可用于打印极复杂的造型。二、机身采用模块化功能化设计，可同时适应传统材料打印与生物材料打印的不同打印需求。三、本专利技术逐层打印，由面成体，打印速度较之于挤出式更为迅速。四、较之于挤出式打印，本专利技术成型件缺陷少，强度更高，力学性能得到显著提升。五、针对生物材料打印时，本专利技术相对于FDM挤出式打印方法，摆脱了挤出头的限制，同时具备精确的温度控制能力，克服了生物墨水易冷凝的缺陷。六、针对生物材料打印时，本专利技术结构紧凑小型化，适用于放置在超净台等无菌环境，设计上实现了防止打印件由于水分蒸发带来的缩水变形与溶液浓度升高，并可节约昂贵的生物墨水。七、成型平台使用三个精密调节装置利用三点定面原理实现对成型平面的初始高度及水平度的调节，从而提高打印精度；盛料装置处的三个缓冲调节装置同样利用三点定面原理实现对盛料装置水平度的调节，亦可用于微调其高度用于准确对焦，同时在Z轴降下时起到缓冲作用，从而进一步提高打印精度。附图说明图1是本专利技术的3D打印设备的结构示意图；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印设备，其特征在于：包括机身框架，机身框架的顶面一侧竖直设有Z轴电机滑台，Z轴电机滑台上设有成型平台，机身框架的顶面中部设有剥离机构，剥离机构上设有盛料装置，所述盛料装置正对成型平台的底部；DLP光机、光路调节装置、主控板及控制电路均安装于机身框架内部；打印生物墨水时，于盛料装置一侧对准料槽加装补料模块，并于盛料装置、补料模块、成型平台三处分别安装分布式温控模块。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备，其特征在于：包括机身框架，机身框架的顶面一侧竖直设有Z轴电机滑台，Z轴电机滑台上设有成型平台，机身框架的顶面中部设有剥离机构，剥离机构上设有盛料装置，所述盛料装置正对成型平台的底部；DLP光机、光路调节装置、主控板及控制电路均安装于机身框架内部；打印生物墨水时，于盛料装置一侧对准料槽加装补料模块，并于盛料装置、补料模块、成型平台三处分别安装分布式温控模块。2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的成型平台通过平台支架固定于Z轴电机滑台的滑块上，所述平台支架的底面依次固定有上片、下片和成型面板，三个精密调节装置平均分布在上片的顶面外周并伸入下片顶面设置的凹坑内。3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于：所述的成型面板可拆卸固定在下片的底面。4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的剥离机构包括料槽夹持块、转轴结构、上支撑板、盛料机构拖持板、剥离机构底板、缓冲调节装置、导向限位杆、连接头和贯穿式电机，所述剥离机构底板的一端通过转轴结构铰接在上支撑板上，其另一端的中部通过连接头与贯穿式电机的T型杆上端相连接；所述剥离机构底板的顶面通过三个缓冲调节装置固定有盛料机构拖持板，其中两个分别设置在剥离机构底板一边的两个顶角处，另一个设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永，李想，高庆，
申请(专利权)人：苏州永沁泉智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32