一种3D打印系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种3D打印系统及方法，该系统包括：第一单元，用于储存带固体颗粒的墨水；第三单元，用于将墨水喷出以打印形成3D结构，3D打印系统配置有沿水平方向布设用于对墨水进行预处理的第二单元，第二单元的第二存储部能够接收第一单元流出的墨水并将该墨水存放至具有打印需求时输出至第三单元，其中，第二存储部至少能够在第二单元存放墨水的储料期间通过沿轴线旋转的方式使墨水向上的抬升速度大于等于至少部分固体颗粒在墨水中的沉淀速度，以执行对墨水的预处理。该方法包括：使活动件向远离开口的方向移动以将墨水引入第二存储部；使第二存储部绕轴线旋转以带动墨水转动；使活动件向靠近开口的方向移动以将墨水排出第二存储部。出第二存储部。出第二存储部。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印系统及方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种3D打印系统及方法。

技术介绍

[0002]生物3D打印是指通过3D打印的原理和方法，将生物材料(包括天然生物材料和合成生物材料或细胞溶液)打印成为设计的三维结构体，区别于普通的3D打印技术，生物3D打印技术生产的生物组织或器官还具有一定的生物学功能，需为细胞和组织的进一步生长提供条件，正是由于上述特性，生物3D打印技术在发展中，面临着很多特定的技术问题。
[0003]CN104552956A公开了一种洁净易用型生物材料打印喷头。该打印喷头包括喷头外壳、生物材料挤出驱动模块、接触式控温模块、生物材料快速更换模块；生物材料挤出驱动模块从上至下依次包括高精度伺服电缸、电缸推杆、环形磁钢限位器、注射器推杆头，并同轴心设置；接触式控温模块包括半导体制冷片、外置流体冷却循环系统、固定压盖，半导体制冷片热端面与液冷头贴合，冷端面与固定压盖的内壁贴合；生物材料更换模块包括注射器、导冷套和保温套；固定压盖与导冷套的磁钢安装孔内设有磁极相异的磁钢。
[0004]CN105670918A公开了一种生物打印机喷头组件及生物打印机，其中，生物打印机喷头组件包括喷头和与喷头间隔开且邻近于喷头出口设置的延长杆，延长杆内设有细长的流道，用于使生物打印材料的流体打印单元通过流道被定向喷出。该生物打印机喷头组件通过在邻近于喷头出口设置具有细长的流道的延长杆，用作生物打印材料的流体打印单元通过流道被定向喷出，细长的流道能够对流体打印单元进行定向排序，降低阻塞的可能性。
[0005]然而现有技术的喷头机构通常都是竖直放置，其高度方向相对较长，颗粒沉淀现象明显，且首先被打印的结构是颗粒沉淀最严重的区域，会形成先打印的结构颗粒多，而后续打印的结构颗粒少的不均匀现象，并且还容易导致喷嘴堵塞，尤其是在墨水选用为低粘度混有固体颗粒的墨水时，其打印出的结构的不均匀性将被放大，难以适用于打印精度要求较高的3D打印过程。
[0006]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0007]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种3D打印系统及方法，以解决上述至少部分技术问题。
[0008]本专利技术公开了一种3D打印系统，其包括：第一单元，用于储存带固体颗粒的墨水；第三单元，用于将墨水喷出以打印形成3D结构。优选地，第一单元通常可作为3D打印系统的储料机构，第二单元通常可作为3D打印系统的喷头机构，第三单元通常可作为3D打印系统的喷嘴机构。
[0009]优选地，3D打印系统配置有沿水平方向布设用于对墨水进行预处理的第二单元，第二单元的第二存储部能够接收第一单元流出的墨水并将该墨水存放至具有打印需求时输出至第三单元，其中，第二存储部至少能够在第二单元存放墨水的储料期间通过沿轴线旋转的方式使墨水向上的抬升速度大于等于至少部分固体颗粒在墨水中的沉淀速度，以执行对墨水的预处理。
[0010]常规的3D打印系统的喷头机构(即本专利技术的第二单元)均是竖直放置，其高度方向相对较长，颗粒沉淀现象明显，且首先被打印的结构是颗粒沉淀最严重的区域，会形成先打印的结构颗粒多，而后续打印的结构颗粒少的不均匀现象。不同的是，本专利技术的第二单元采用水平放置，即缩小了高度方向的距离，减少了底部单位面积总沉淀颗粒数，又使得被打印的结构顺序是沿水平展开，即靠近开口一侧的墨水先出，而沉积方向是高度方向，并不会出现首先打印结构和最后打印结构总颗粒数量的明显差异。
[0011]根据一种优选实施方式，第二存储部能够基于第三电机的驱动而绕轴线旋转，其中，所述第三电机受控于控制单元生成的控制信号，以驱动所述第二存储部进行单向的连续旋转或双向的摆动旋转。
[0012]本专利技术通过使水平放置的第二存储部绕轴线旋转，并带动第二存储部中的低粘度混有固体颗粒的墨水也同步旋转的方式，起到低粘度混有固体颗粒的墨水的防沉淀功能。
[0013]根据一种优选实施方式，第二存储部内配置有受第二电机驱动而沿所述第二存储部轴线运动的活动件，所述活动件能够以增大存放空间的趋势向远离开口的方向移动以将墨水引入第二存储部，活动件能够以减小存放空间的趋势向靠近开口的方向移动以将墨水排出第二存储部。
[0014]本专利技术所采用的是无搅拌桨的搅拌方式，可以使得可以采用电机推动活动件(例如活塞)的方式来输出墨水，而不是采用有搅拌桨的气动喷射方式来输出墨水，这是由于气动喷射方式是恒压喷射，并不是恒流量喷射，喷射流量与气体压力大小、管道内部结构、墨水粘度均相关，当打印粘度在打印过程中略有变化的材料时，容易导致流量不均匀，产生不合格的打印结构；同时，气动打印一般很难控制低粘材料打印，0.1kPa左右控制精度的气阀成本远高于同等控制精度的电机结构。因此，本专利技术以水平方向放置的可旋转的第二存储部可以采用电机推动活动件的方式来输出墨水，以低成本获得更好的打印稳定性和控制精度。
[0015]根据一种优选实施方式，第二单元通过不同的连通部分别与第一单元和第三单元连接，其中，各连通部上对应设置有独立信号连接于控制单元的通断部，响应于所述控制单元控制信号的所有通断部能够以不同时处于连通状态的方式设置。
[0016]一般电机推动活塞的方式来输出墨水的打印精度与第二存储部的直径呈负相关的关系，所以一般为了提升打印精度，第二存储部的直径不宜过大，但小直径的第二存储部会带来连续生产过程中需经常人工补料，影响打印效率的缺陷。本专利技术通过控制单元对各通断部及各电机进行自动控制，使得第二存储部可以自动地按需从具有相对更大存储空间的密闭的第一存储部中补料，实现高效率的打印。并且可通过控制单元生成的控制信号来调节第二单元的进料过程、储料过程和/或出料过程，以使得本专利技术的3D打印系统能够进一步地提高打印精度，打印出的结构内部材料分布更加均匀。
[0017]根据一种优选实施方式，在连接于所述第一单元和所述第二单元的第一连通部上
能够配置有用于获取与墨水中的固体颗粒相关的数据信息的采集单元，其中，固体颗粒相关的数据信息至少包括颗粒数量和/或粒径大小。
[0018]本专利技术的采集单元可以利用光学颗粒计数方法实现对流通于第一连通部中的墨水中夹杂的固体颗粒相关的数据信息进行获取，其中，固体颗粒相关的数据信息至少可包括颗粒数量和/或粒径大小。
[0019]根据一种优选实施方式，控制单元至少能够基于采集单元获取的固体颗粒相关的数据信息和/或墨水的物化特性调节第二电机的输出功率。
[0020]本专利技术的控制单元基于采集单元获取的数据信息可以确定在任一时间序列下进入第二存储部的固体颗粒数量和/或粒径大小，在结合墨水物化性质的情况下能够模拟出各时间序列批次下不同固体颗粒随墨水进入至第二存储部的空腔后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印系统，其包括：第一单元(100)，用于储存带固体颗粒的墨水，第三单元(300)，用于将墨水喷出以打印形成3D结构，其特征在于，所述3D打印系统配置有沿水平方向布设用于对墨水进行预处理的第二单元(200)，所述第二单元(200)的第二存储部(5)能够接收所述第一单元(100)流出的墨水并将该墨水存放至具有打印需求时输出至所述第三单元(300)，其中，所述第二存储部(5)至少能够在所述第二单元(200)存放墨水的储料期间通过沿轴线旋转的方式使墨水向上的抬升速度大于等于至少部分固体颗粒在墨水中的沉淀速度，以执行对墨水的预处理。2.根据权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述第二存储部(5)能够基于第三电机(8)的驱动而绕轴线旋转，其中，所述第三电机(8)受控于控制单元(400)生成的控制信号，以驱动所述第二存储部(5)进行单向的连续旋转或双向的摆动旋转。3.根据权利要求1或2所述的3D打印系统，其特征在于，所述第二存储部(5)内配置有受第二电机(7)驱动而沿所述第二存储部(5)轴线运动的活动件(6)，所述活动件(6)能够以增大存放空间的趋势向远离开口的方向移动以将墨水引入所述第二存储部(5)，活动件(6)能够以减小存放空间的趋势向靠近开口的方向移动以将墨水排出所述第二存储部(5)。4.根据权利要求1～3任一项所述的3D打印系统，其特征在于，所述第二单元(200)通过不同的连通部分别与第一单元(100)和第三单元(300)连接，其中，各连通部上对应设置有独立信号连接于控制单元(400)的通断部，响应于所述控制单元(400)控制信号的所有通断部能够以不同时处于连通状态的方式设置。5.根据权利要求1～4任一项所述的3D打印系统，其特征在于，在连接于所述第一单元(100)和所述第二单元(200)的第一连通部(3)上能够配置有用于获取与墨水中的固体颗粒相关的数据信息的采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雨，胡京奇，张定军，江南，张欣英，
申请(专利权)人：清源泰硕北京生物医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：