本发明专利技术涉及一种冷冻3D打印装置及三维结构打印方法，包括进料单元和位于打印室内部的主喷管、水平位移机构、升降机构、光照单元和冷台，所述进料单元与主喷管连接，所述主喷管的末端设有喷嘴，所述水平位移机构驱动所述主喷管移动，所述升降机构驱动冷台上下移动；所述进料单元包括原料仓、注射泵、进料管和内喷头，所述内喷头与主喷管连接，所述主喷管包括混合段和取向段，所述混合段内部设有蛇形管腔，所述取向段内部平直光滑。本发明专利技术可通过多喷头进行材料多组分混合打印，还可直接冷冻成三维结构，相比传统3D打印，更高效方便。
【技术实现步骤摘要】
冷冻3D打印装置及三维结构打印方法
本专利技术涉及冷冻3D打印三维结构的
，更具体地说，涉及一种冷冻3D打印装置及三维结构打印方法。
技术介绍
3D打印技术是快速成型技术的其中一种，又称增材制造，它借助计算机通过3D软件建立模型，将物体切片文件传输到3D打印机，识别片层截面并完成打印；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三维物体的技术。该技术在汽车，航空航天、牙科和医疗产业等领域都有着广泛应用前景。现有的3D打印技术利用激光熔覆，熔融挤出等加热的方式使得材料熔化融合形成三维结构，但高温过程容易使材料氧化或挥发，造成材料成分发生变化；或者通过光聚合的方法使原料原位聚合，这个过程需要特殊的光敏性材料。高温过程或者光化学反应限制了某些材料，尤其是生物原料的使用，且难以获得具有精细多孔结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种冷冻3D打印装置及三维结构打印方法，可通过多喷头进行材料多组分混合打印，还可直接冷冻成三维结构，相比传统3D打印，更高效方便。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种冷冻3D打印装置，包括进料单元和位于打印室内部的主喷管、水平位移机构、升降机构、光照单元和冷台，所述进料单元与主喷管连接，所述主喷管的末端设有喷嘴，所述水平位移机构驱动所述主喷管移动，所述升降机构驱动冷台上下移动；所述进料单元包括原料仓、注射泵、进料管和内喷头，所述内喷头与主喷管连接，所述主喷管包括混合段和取向段，所述混合段内部设有蛇形管腔，所述取向段内部平直光滑。上述方案中，还包括控温模块、微处理器和网络接口通信控制模块，所述控温模块通过网络接口通信模块设置喷嘴的温度、打印室内部环境温度和冷台温度，所述网络接口通信控制模块与微处理器、进料模块、位移控制模块、光照模块以及冷台进行通信；所述网络接口通信控制模块与电脑相连。上述方案中，所述混合段的长度不少于5厘米；所述取向段的长度不少于5厘米。上述方案中，所述进料单元设置有一个或多个；每个进料单元由一个原料仓、一个进料管、一个注射泵和一个内喷头连接而成；多个进料单元的内喷头汇聚到主喷管，主喷管末端连接喷嘴；每个注射泵推进速度单独控制；多个进料单元之间相互独立控制。上述方案中，所述喷嘴内设有控温元件，所述冷台内部设有通液氮的管道，通液氮的管道与液氮储存容器相连，液氮流速通过流量阀控制；所述冷台内部设有加热元件，所述冷台内部设有感温元件，所述流量阀、加热元件和感温元件与控温模块相连。上述方案中，所述冷台外接样品篮，材质为金属；所述冷台通过互锁装置与样品篮紧密接触；所述互锁装置包括设置在冷台上的定位件，所述样品篮下方设有可滑动插入定位件的到位件，定位件与到位件完全接触即形成互锁。上述方案中，所述光照单元采用LED平行光源，LED平行光源位于喷嘴四周；所述光照单元前端设有线性或圆形光栅。上述方案中，所述打印室设有防紫外线窗户和温控单元。上述方案中，所述打印室内的冷台与液氮管道连接。本专利技术还提供了一种冷冻3D打印装置打印三维结构的方法，包括以下步骤：步骤一：将打印原料分别加入不同原料仓，将样品篮装上冷台；检查XYZ位移系统并归零，打印室内通入氮气来干燥腔体；步骤二：通过控温模块分别设置喷嘴、冷台和打印室的温度，并进行预热预冷；步骤三：通过电脑输入打印参数，打印参数包括切片文件、不同注射泵各自推进速度、光照强度和光栅、扫描路径和扫描速度，打开光照模块，在样品篮中开始打印样品；步骤四：打印结束后，关闭光照单元，取下样品篮并将其和样品一同放入冷冻干燥机进行干燥，获得最终样品；步骤五：关闭冷台冷冻，将冷台加热至室温，关闭通入气体，位移控制单元复位，关闭打印机。实施本专利技术的冷冻3D打印装置及三维结构打印方法，具有以下有益效果：1、本专利技术各进料单元的物料通过内喷头汇聚到主喷管，主喷管末端连接喷嘴，主喷管的长度不少于5厘米，并且内部设有蛇形管，各物料通过主喷管形成充分混合，由于管子的足够长，材料在流动的过程中分子链自发沿力场方向有序排列，因此可通过主喷管形成固体材料的定向排列。在注射泵挤压的外力去除后，材料被打印到冷台上，即被立刻降温到材料的玻璃化温度以下，将大分子链冻结，存在打印取向亚结构的功能。2、本专利技术装置将样品打印于与冷台通过互锁装置相连的样品篮中，可以直接与样品篮一起进行冷冻干燥，避免冷冻样品在转移过程中，直接接触样品引起的脆断和破坏；处理样品更为方便、快捷。互锁装置通过冷台上的定位件和样品篮下方的到位件配合形成互锁，操作方便。3、本专利技术冷台可以在氮气气氛中通过加热回复到室温状态，避免冷台表面的冷凝，避免仪器的锈蚀或发霉；起到保护设备，延长设备寿命的目的。4、本专利技术主喷头的四周具有圆形光栅，光照单元是紫外光源，采用亮度可调的LED平行光源，通过网络接口通信控制模块对其控制亮度和开关，紫外光源不仅有杀菌作用，在针对某些特殊材料体系，例如在特殊配方的材料中加入光引发剂或光敏剂，经过吸收紫外光后，产生活性自由基或离子基，从而引发聚合、交联和接枝反应，使材料由液态转化为固态，可引起不同材料组分之间的化学反应。5、主喷头内有控温元件，可对打印材料进行预制冷，避免主喷头喷出的打印材料温度过低，导致之前打印的结构发生局部融化，从而提高打印精度。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术冷冻3D打印装置的结构示意图。图2是本专利技术互锁装置的正视示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，本专利技术冷冻3D打印试验装置，包括进料单元1、水平位移机构2、升降机构9、控温模块、光照单元3、冷台5、定位件502、到位件503、样品篮10、打印室4、微处理器6和网络接口通信控制模块7和框架8。进料单元1、位移控制单元2、控温模块、光照单元3、冷台5、打印室4、微处理器6均受网络接口通信控制模块7控制，网络接口通信控制模块7对整个打印装置进行控制通信，从微处理器6获取切片数据对3D模型进行打印，可对位移控制单元2的三维移动平台位置以及喷嘴106的打印速度进行设置，由网络接口通信控制模块7与整个控温模块进行通信，对喷嘴106、冷台5和打印室4的温度进行控制。本专利技术进料单元1设有一个或多个。进料单元1包括安装在打印室4外侧的注射泵101、进料管102、原料仓104以及与水平位移机构2相接的主喷头103，内喷头105，喷嘴106。多个进料单元的内喷头105汇聚到主喷头103，主喷头103末端连接喷嘴106。当然进料单元1并非只局限于两个进样注射泵，可根据自身所需进行选择和改进。喷嘴106内设有预冷控温元件。冷台5安装在升降机构9上，冷台5上有定位件502外接样品篮10底的到位件503，定位件502与到位件503通过滑动插入形成互锁装置使得样品篮10与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冷冻3D打印装置，包括进料单元和位于打印室内部的主喷管、水平位移机构、升降机构、光照单元和冷台，所述进料单元与主喷管连接，所述主喷管的末端设有喷嘴，所述水平位移机构驱动所述主喷管移动，所述升降机构驱动冷台上下移动；其特征在于，所述进料单元包括原料仓、注射泵、进料管和内喷头，所述内喷头与主喷管连接，所述主喷管包括混合段和取向段，所述混合段内部设有蛇形管腔，所述取向段内部平直光滑。/n
【技术特征摘要】
1.一种冷冻3D打印装置，包括进料单元和位于打印室内部的主喷管、水平位移机构、升降机构、光照单元和冷台，所述进料单元与主喷管连接，所述主喷管的末端设有喷嘴，所述水平位移机构驱动所述主喷管移动，所述升降机构驱动冷台上下移动；其特征在于，所述进料单元包括原料仓、注射泵、进料管和内喷头，所述内喷头与主喷管连接，所述主喷管包括混合段和取向段，所述混合段内部设有蛇形管腔，所述取向段内部平直光滑。
2.根据权利要求1所述的冷冻3D打印装置，其特征在于，还包括控温模块、微处理器和网络接口通信控制模块，所述控温模块通过网络接口通信模块设置喷嘴的温度、打印室内部环境温度和冷台温度，所述网络接口通信控制模块与微处理器、进料模块、位移控制模块、光照模块以及冷台进行通信；所述网络接口通信控制模块与电脑相连。
3.根据权利要求1所述的冷冻3D打印装置，其特征在于，所述混合段的长度不少于5厘米；所述取向段的长度不少于5厘米。
4.如权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于：所述进料单元设置有一个或多个；每个进料单元由一个原料仓、一个进料管、一个注射泵和一个内喷头连接而成；多个进料单元的内喷头汇聚到主喷管，主喷管末端连接喷嘴；每个注射泵推进速度单独控制；多个进料单元之间相互独立控制。
5.根据权利要求2所述的冷冻3D打印装置，其特征在于，所述喷嘴内设有控温元件，所述冷台内部设有通液氮的管道，通液氮的管道与液氮储存容器相连，液氮流速通过流量阀控制；所述冷台内部设有加热元件，所述冷台内部设有感温元件，...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛龙建，谢宇，陈雯慧，杨柏松，杨茜晨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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