便携式生物3D打印机的多喷头即时保护打印模块的制作方法

本发明专利涉及3d打印机喷头结构设计领域，尤其是一种便携式生物3d打印机的多喷头即时保护打印模块。

背景技术：

3d打印技术在20世纪80年代被提出，又被称作是“快速成型技术”。传统的3d打印项目由于其无需机械加工或磨具，就能直接从计算机设计出的图形或区域内进行物体打印，从而缩短产品的研发周期，提高生产效率和降低生产成本，因此被广泛使用在艺术界或工业界。随着技术的发展，被大量应用于数字模型产品制造、仿生医学、航空航天等领域。目前市场上的3d打印机是通过分成几个不同的填料区和不同的喷头进行打印，当喷头堵塞后无法正常使用，影响工作效率。

近年来，3d打印技术在生物医学领域发展迅速，以organovo公司为代表的国内外多家公司都在生物3d打印机的研发上做出了不懈的努力。然而现有市面上的可更换喷头的打印机大多都是圆盘式更换喷头装置，该装置覆盖面较大，在日常状况下时需要空间较大，不满足便携性的要求。此类打印机大量使用同步带传动，随着时间的增加，同步带易产生诸如吃面磨损或弯折失效等危害，影响打印产品精度。

技术实现要素：

本发明提供了一种便携式生物3d打印机的多喷头即时保护打印模块，可以自主更换喷头，并且能够启动即时保护功能的打印模块系统。

本发明的便携式生物d打印机的多喷头即时保护打印模块，包括外壳、可更换多喷头系统、即时的断电保护系统、挤压式动力系统，所述的可更换多喷头系统包括三组针头系统，三组针头系统均匀设置在外壳内，

每组针头系统包括摇杆、扭转弹簧、贮液仓、贮液仓支撑件、压杆、按钮；所述的摇杆包含上下两个摇杆，贮液仓支撑件和压杆的下端连接；下摇杆的一端铰接在贮液仓支撑件上，上摇杆的一端铰接在贮液仓支撑件和压杆的连接处；上摇杆和下摇杆的另一端铰接在外壳上；所述的扭转弹簧一端固定在外壳上，另一端固定在下摇杆上；所述的贮液仓被放在贮液仓支撑件里面，压杆的上端与按钮固接；

其中一组针头系统的贮液仓上安装扁平状针头，另两组针头系统的贮液仓上安装圆孔状针头；

所述的即时断电保护系统包括电磁铁、弹簧；所述的挤压式动力系统包括丝杆；所述的挤压式动力系统安装在弹簧；所述的即时断电保护系统通过电磁铁控制挤压式动力系统的下移或者上移；所述的挤压式动力系统中的丝杆通过下移或上移来控制可更换多喷头系统的工作。

所述的即时断电保护系统固连在外壳上，电磁铁通过通电和断电两种状态控制挤压式动力系统的下移或者上移，所述的弹簧上端与挤压式动力系统相连，下端连接在电磁铁上。

所述的扭转弹簧一端扭臂固定在外壳上，另一端扭臂固定在摇杆上，扭转弹簧利用自身弹性将下摇杆抬起。

本发明与现有的生物3d打印机打印模块相比具有以下优点：

1、体积小，适用于便携式生物3d打印机，如附图5所示，本发明的打印模块整体直径小于55mm，z轴方向长度小于120mm。紧凑的结构拓展了了此打印模块的适用性；

2、多喷头可更换，传统的生物3d打印机可更换喷头多为转盘式更换打印喷头，此结构由于其体积过大、控制复杂降低了其适用性，本发明用摇杆带动贮液仓与打印针头的机构来实现更换喷头，不仅降低了控制成本，并且具有极高的定位精度；

3、不同的针头形状适用于不同的打印需求，本发明中包括扁平状打印针头与圆形打印针头两种针头，既可以实现膜结构，也可以实现支架结构的打印，极高的适应性使本发明具有极高的应用前景。

附图说明

图1为本发明的多喷头即时保护打印模块的外部结构示意图；

图2为本发明的多喷头即时保护打印模块的内部结构示意图；

图3为本发明的挤压式动力系统结构示意图；

图4为本发明的即时的断电保护系统结构示意图；

图5为本发明的可更换多喷头系统结构示意图；

其中：可更换多喷头系统1、即时的断电保护系统2、挤压式动力系统3、摇杆5、贮液仓支撑件6、贮液仓7、电磁铁8、弹簧9、壳体10、按钮11、丝杆12、压杆13、扁平状针头14、扭转弹簧15、圆孔状针头16。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明便携式生物3d打印机的多喷头即时保护打印模块，包括外壳、可更换多喷头系统1、即时的断电保护系统2、挤压式动力系统3，所述的可更换多喷头系统1包括三组针头系统，三组针头系统均匀设置在外壳内，

每组针头系统包括摇杆5、扭转弹簧15、贮液仓7、贮液仓支撑件6、压杆13、按钮11；所述的摇杆5包含上下两个摇杆，贮液仓支撑件6和压杆13的下端连接；下摇杆的一端铰接在贮液仓支撑件6上，上摇杆的一端铰接在贮液仓支撑件6和压杆13的连接处；上摇杆和下摇杆的另一端铰接在外壳上；所述的扭转弹簧15一端固定在外壳4上，另一端固定在下摇杆上；所述的贮液仓7被放在贮液仓支撑件6里面，压杆13的上端与按钮11固接；

其中一组针头系统的贮液仓7上安装扁平状针头14，另两组针头系统的贮液仓7上安装圆孔状针头16；

所述的即时断电保护系统2包括电磁铁8、弹簧9；所述的挤压式动力系统3包括丝杆12和壳体10；所述的挤压式动力系统3安装在弹簧9；所述的即时断电保护系统2通过电磁铁8控制挤压式动力系统3的下移或者上移；所述的挤压式动力系统3中的丝杆12通过下移或上移来控制可更换多喷头系统1的工作。

所述的即时断电保护系统2固连在外壳上，电磁铁8通过通电和断电两种状态控制挤压式动力系统3的下移或者上移，所述的弹簧9上端与挤压式动力系统3相连，下端连接在电磁铁8上。

所述的扭转弹簧15一端扭臂固定在外壳上，另一端扭臂固定在摇杆5上，扭转弹簧15利用自身弹性将下摇杆抬起。

使用时，先选择需要使用的打印针头为扁平状针头14或圆孔状针头16及其对应的贮液仓7，按下相应的按钮11，按钮接触到壳体10的顶部然后继续往下压时弹簧9开始被压缩，同时打开电磁铁开关，则机构挤压式动力系统3带动丝杆12往下移动到弹簧9被压紧，而按钮11也被电磁铁8吸附在壳体10的上表面。此时扭转弹簧15与弹簧9都被压缩，打印针头从外壳4中露出，丝杆的下部与贮液仓密封圈相接触，启动挤压式动力系统3中的步进电机即可进行打印。

如若出现打印模块在z轴上过量运动即在打印的过程中针头下移过多触碰到打印面的情况时，需要立即停止打印并抬起打印针头避免对打印的伤口造成二次伤害。本机构在出现此情况时，电磁铁8立即断电，弹簧9伸展，带动挤压式动力系统3连动丝杆12以及压杆13和按钮11迅速抬升，同时扭转弹簧15伸展带动摇杆14向上旋转，从而使贮液仓7以及打印针头14或者16抬升。

在打印喷头下压的过程中，在每一个摇杆的下方都放置了扭转弹簧装置。当来自上方的按压下来的力消失时，相应的弹簧装置能够恢复原来的长度使得相应的喷头回弹。

对于打印喷头的挤压式动力系统3，为了保证和控制打印精度，本发明使用旋钮式挤压的系统，将一根丝杆固定在挤压式动力系统3中央的孔中，放置在整个装置的中心处，同时也是三个不同的注液仓被完全下压到末端时轴线的位置。当打印开始时，通过被电机控制的齿轮传动使得螺旋状的长杆旋转下压，将打印材料挤出。