多通道生物3D打印机快速换料装载喷头及3D打印装置

多通道生物3d打印机快速换料装载喷头及3d打印装置
技术领域
1.本技术涉及生物3d打印设备技术领域，具体涉及一种多通道生物3d打印机快速换料装载喷头及3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印技术可满足个性化、小批量、大规模的医疗需求，已经广泛应用在体外医疗器械制造领域，现在正向着个性化永久植入物、临床修复治疗和药物研发试验等领域扩展，未来将致力于生物组织、器官的直接打印。
3.针对于6/12/24/48孔板的高通量生物打印机，可以快速打印多个生物单元，在药物筛选和组织工程方面有着很好的应用前景，针对于孔板的高通量打印喷头是该技术的关键，本专利旨在解决高通量打印机打印喷头送料和快速换料的问题。
4.如专利201910221420.5设计一款高通量送料的打印喷头，其虽然能够实现各材料切换的无延迟，但并没有解决材料的快速更换问题，材料的更换也十分复杂；另外，因为生物材料的特殊性，此类喷头的清洗及消毒液存在很大的问题。
5.现有针对于高通量匹配孔板的生物3d打印机基本处于空白状态，可以用于快速换料的装载喷头亦属于技术空白阶段。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术要解决的技术问题在于提供一种多通道生物3d 打印机快速换料装载喷头及3d打印装置，用于解决现有技术中至少一个问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种多通道生物3d打印机快速换料装载喷头，所述喷头包括：支撑结构，其设有上层腔体和下层腔体；所述下层腔体用于容纳包含多个针筒的针筒座；所述上层腔体设有气缸、及气嘴固定板；所述气嘴固定板上对应所述针筒座上各针筒的位置分别设有的多个气嘴；所述气嘴固定板可在气缸作用下沿贯穿的导柱上下运动，以使各气嘴分别与对应的各针筒实现接触或分离；所述气缸与各所述气嘴分别接入有外部进气设备的气管；当各气嘴与各针筒接触时，通过气管进气以使至少部分针筒内的打印材料被挤出以实现打印。
8.于本技术的一实施例中，所述支撑结构包括：顶板、隔板、背板、及两个侧板；其中，所述顶板的底部与所述隔板的顶部之间分别在位于四个角的位置设有导柱，以形成上层腔体；所述隔板的底部的两侧分别与两个侧板进行固定，以形成下层腔体；所述背板贯穿上层腔与下层腔体，并分别与顶板的后侧、及隔板的后侧进行固定；所述上层腔体的外侧围设有外壳；所述背板分别位于所述上层腔体和所述下层腔体上的部分设有一或多个背板连接固定孔，以用于固定到生物3d打印机上。
9.于本技术的一实施例中，所述隔板上对应所述针筒座上各针筒的位置分别设有多个气嘴通道，以供所述气嘴固定板上的各气嘴穿过；其中，所述气嘴通道的直径大于所述气嘴的直径，且小于针筒的直径。
10.于本技术的一实施例中，所述顶板的底部固定有一或多个气缸；各所述气缸上设有气缸气管快速接头，所述气缸气管快速接头上连接有外部进气设备的气管；各所述气缸的推杆固定于所述气嘴固定板上，以供通过推杆带动所述气嘴固定板沿贯穿的导柱上下运动。
11.于本技术的一实施例中，所述顶板上设有气管进出口，以供将外部进气设备的气管分别接入至所述气缸与各所述气嘴。
12.于本技术的一实施例中，所述气嘴固定板上对应所述针筒座上各针筒的位置分别设有的多个螺纹孔；所述气嘴固定板上各螺纹孔的上半部分用于可拆卸固定气嘴气管快速接头；其中，所述气嘴气管快速接头的上部可拆卸连接有外部进气设备的气管；所述气嘴气管快速接头的中部为螺母状结构；所述气嘴气管快速接头的下部外侧设有匹配螺纹孔的螺纹；所述气嘴气管快速接头内部设有中空的气道；所述气嘴固定板上各螺纹孔的下半部分用于可拆卸固定所述气嘴；其中，所述气嘴的上部外侧设有匹配螺纹孔的螺纹；所述气嘴的下部设有一圈橡胶圈槽，以用于嵌套直径大于针筒直径的橡胶圈；所述气嘴的内部设有中空的气道。
13.于本技术的一实施例中，所述气嘴固定板的四个角分别设有轴承固定孔；各轴承固定孔内放置有轴承；各所述轴承内用于导柱的贯穿，以实现所述气嘴固定板可沿导柱上下运动。
14.于本技术的一实施例中，各所述侧板的底部内侧分别设有位置卡扣、及支撑滑道，以便于所述针筒座放入或取出所述下层腔体。
15.于本技术的一实施例中，所述针筒座设有多个用于放入针筒的针筒槽；所述针筒座的前侧设有把手；所述针筒在放入打印材料后放入活塞；所述针筒头部设有螺口针头；所述针筒由上至下放入所述针筒槽后，各所述针筒的部分筒体露出于所述针筒座的上方，各所述全部螺口针头全部露出于所述针筒座的下方；当所述气嘴与所述针筒接触后，通过连接气管的气嘴间将气体送入所述针筒内，以使所述活塞向下运动，从而挤压针筒内的打印材料实现打印。
16.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种3d打印装置，所述装置包括：如上所述的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头、生物3d打印机、进气设备、及打印平台。
17.如上所述，本技术的一种多通道生物3d打印机快速换料装载喷头及3d打印装置，所述喷头包括：支撑结构，其设有上层腔体和下层腔体；所述下层腔体用于容纳包含多个针筒的针筒座；所述上层腔体设有气缸、及气嘴固定板；所述气嘴固定板上对应所述针筒座上各针筒的位置分别设有多个气嘴；所述气嘴固定板可在气缸作用下沿贯穿的导柱上下运动，以使各气嘴分别与对应的各针筒实现接触或分离；所述气缸与各所述气嘴分别接入有外部进气设备的气管；当各气嘴与各针筒接触时，通过气管进气以使至少部分针筒内的打印材料被挤出以实现打印。
18.具有以下有益效果：
19.本技术旨在解决高通量生物打印机喷头存在的快速换料和灭菌消毒问题，采用模块化组件针筒座和普通医用针筒，固定采用气动方式，可实现多通道同时打印，以及对6/12/24/48 孔板的支架打印，能大大减少高通量打印机打印过程中换料的时间提高工作效率，本装置多个部位可拆卸，便于消毒及清洗。
附图说明
20.图1展示为本技术于一实施例中的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头的结构示意图。
21.图2展示为本技术于一实施例中的支撑结构的结构示意图。
22.图3展示为本技术于一实施例中的带有外壳的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头的整体示意图。
23.图4展示为本技术于一实施例中的气嘴固定版的结构示意图。
24.图5展示为本技术于一实施例中的针筒座的结构示意图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，虽然图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
28.其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本技术范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
29.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
30.为解决上述问题，本技术提出一种多通道生物3d打印机快速换料装载喷头及3d打印装置，旨在解决高通量生物打印机喷头存在的无法快速换料、及灭菌消毒困难的问题。本技术主要采用模块化组件针筒座和普通医用针筒，固定采用气动方式，可实现多通道同时打印，以及对6/12/24/48孔板的支架打印，此举会大大减少高通量打印机打印过程中换料的时间提高工作效率，另外一次性医用针筒的使用减少打印过程中感染的机率，本装置多
个部位可拆卸，便于消毒及清洗。
31.如图1所示，展示本技术实施例中的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头的结构示意图。如图所示，所述喷头包括：支撑结构1，其设有上层腔体和下层腔体。
32.所述下层腔体用于容纳包含多个针筒21的针筒座2；其中，所述针筒座2可以如抽屉一样方便的放入或抽出所述下层腔体，从而实现生物墨水或材料的快速更换，以及便于消毒及清洗。
33.所述上层腔体设有气缸3、及气嘴固定板4；所述气嘴固定板4上对应所述针筒座2上各针筒21的位置分别设有多个气嘴41；所述气嘴固定板4可在气缸3作用下沿贯穿的导柱5 上下运动，以使各气嘴41分别与对应的各针筒21实现接触或分离；所述气缸3与各所述气嘴41分别接入有外部进气设备的气管6；当各气嘴41与各针筒21接触时，通过气管6进气以使至少部分针筒21内的打印材料被挤出以实现打印。
34.简单来说，气缸3用于控制气嘴固定板4的上下移动，当向下移动一定距离时，气嘴固定板4上分别对应针筒座2上各针筒21位置的气嘴41便可堵住所述针筒21的开口，而气嘴 41连接有外部进气设备的气管6，通过外部进气设备输入气体，可通过针筒21内的活塞24 向下挤压针筒21内的生物打印材料，从而实现多通道的打印。
35.需要说明的是，气嘴41的作用一方面连接气管6传输挤压针筒21内墨水或材料的气体，另一方面通过气缸3上下控制气嘴固定板4，下压时可保证针筒21开口处的密封性，抬起后方便针筒座2的取出和更换针筒21。另外，气嘴41也通过螺纹设计方便拆卸。因此，本技术实现可生物墨水或材料的快速更换，以及便于消毒及清洗。
36.如图2所示，展示为支撑结构1的结构示意图。如图所示，所述支撑结构1包括：顶板 11、隔板12、背板13、及两个侧板14。
37.其中，所述顶板11的底部与所述隔板12的顶部之间分别在位于四个角的位置设有导柱 5，以形成上层腔体，如图2所示，所述顶板11的两侧分别设有导柱固定孔112，所述隔板 12的两侧也分别设有导柱固定孔122，以供通过螺丝可对导柱5进行固定。
38.所述隔板12的底部的两侧分别与两个侧板14进行固定，以形成下层腔体。所述背板13 贯穿上层腔与下层腔体，并分别与顶板11的后侧、及隔板12的后侧进行固定。其中，所述顶板11上还设有背板固定孔113，以供通过螺丝实现顶板11与背板13的固定。另外，如图 2所示，所述背板13分别位于所述下层腔体的部分设有一或多个背板连接固定孔131，以供通过螺丝固定到打印机上。
39.所述上层腔体的外侧围设有外壳7。如图3所示，展示为带有外壳7的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头的整体示意图。
40.具体地，所述隔板12上对应所述针筒座2上各针筒21的位置分别设有多个气嘴通道121，以供所述气嘴固定板4上的各气嘴41穿过；其中，所述气嘴通道121的直径大于所述气嘴 41的直径，且小于针筒21的直径。即可实现气嘴固定板4向下运动时各气嘴41穿过所述隔板12上的气嘴通道121，并且在所述气嘴固定板4向上运动时，限制针筒21向上位移，从而实现气嘴41与针筒21开口的分离。
41.于本实施例中，所述顶板11上设有气管进出口111，以供将外部进气设备的气管6分别接入至所述气缸3与各所述气嘴41。举例来说，可取18个气管6经过气管进出口111连接到如图1所述的气嘴气管快速接头42上。
42.于本实施例中，所述顶板11的底部固定有一或多个气缸3，如图2所示，顶板11上设有气缸固定孔114，通过螺丝对气缸3进行可拆卸的固定；如图1所示，各所述气缸3上设有气缸气管快速接头31，所述气缸气管快速接头31上连接有外部进气设备的气管6，举例来说，取4根气管6经过气管进出口111连接到气缸3的气缸气管快速接头31上。具体的，各气缸3的两侧分别设有气缸气管快速接头31，其中，一侧气缸气管快速接头31进气时，可控制推杆32伸长以使所述气嘴固定板4向下运动，而另一侧气缸气管快速接头31进气时，可控制推杆32收缩以使所述气嘴固定板4向上运动。
43.各所述气缸3的推杆32固定于所述气嘴固定板4上，以供通过推杆32带动所述气嘴固定板4沿贯穿的导柱5上下运动。如图4中展示有推杆固定孔321，以供通过螺丝固定所述推杆32至气嘴固定板4。
44.于本技术中，所述气缸3可设置多个，如2个或4个，分别设于上层腔体的两侧，以保证控制气嘴固定板4上下运动时保持平衡。调整好气缸3的推杆32长度后，可用螺丝将推杆 32固定到气嘴固定板4上。
45.于本实施例中，如图2中所示，各所述侧板14的底部内侧分别设有位置卡扣141、及支撑滑道142，以便于所述针筒座2放入或取出所述下层腔体。
46.如图4所示，展示为气嘴固定板4的结构示意图。如图所示，所述气嘴固定板4上对应所述针筒座2上各针筒21的位置分别设有的多个螺纹孔44。
47.所述气嘴固定板4上各螺纹孔44的上半部分用于可拆卸固定气嘴气管快速接头42；其中，所述气嘴气管快速接头42的上部可拆卸连接有外部进气设备的气管6；所述气嘴气管快速接头42的中部为螺母状结构；所述气嘴气管快速接头42的下部外侧设有匹配螺纹孔44的螺纹；所述气嘴气管快速接头42内部设有中空的气道。
48.所述气嘴固定板4上各螺纹孔44的下半部分用于可拆卸固定所述气嘴41；其中，所述气嘴41的上部外侧设有匹配螺纹孔44的螺纹；所述气嘴41的下部设有一圈橡胶圈槽411，以用于嵌套直径大于针筒21直径的橡胶圈412，以保证气嘴41与针筒21接触时不漏气，形成一定密封性；所述气嘴41的内部设有中空的气道。
49.简单来说，所述气嘴气管快速接头42内部与所述气嘴41的内部均设有中空的气道，并通设于螺纹孔44中，可形成连通的气道，以在气嘴41接触针筒21后，使气管6的进气通过该气道进入针筒21内。
50.于本实施例中，所述气嘴固定板4的四个角分别设有轴承固定孔431；各轴承固定孔431 内放置有轴承43；各所述轴承43内用于导柱5的贯穿，以实现所述气嘴固定板4可沿导柱5 上下运动。
51.如图5所示，展示为针筒座2的结构示意图。如图所示，所述针筒座2设有n
×
m个用于放入针筒21的针筒槽211。
52.需说明的是，所述针筒座2设置的n
×
m个针筒槽211，可分别对应6/12/24/48孔板的布局进行设置，例如，3
×
4、4
×
6、6
×
8的孔板布局等等。简单来说，孔板上设有n
×
m个格子槽，每个格子槽内可通过如本技术中的一个针筒21进行打印，例如可形成一个生物打印支架模型。
53.所述针筒座2的前侧设有把手，借助如图2中所示的所述侧板14的底部内侧分别设有的位置卡扣141、及支撑滑道142，可便于所述针筒座2放入或取出所述下层腔体。
54.所述针筒21在放入打印材料后放入活塞24，当所述气嘴41与所述针筒21接触后，通过连接气管6的气嘴41间将气体送入所述针筒21内，以使所述活塞24向下运动，从而挤压针筒21内的打印材料实现打印。
55.于本实施中，所述针筒21内的材料使用完后，可更换其他填满材料的针筒21。或者对使用完材料的针筒21进行清洗及消毒，以及通过后续处理将挤压下去的活塞24拿出。另外，本技术还可采用一次性医用针筒21，以减少打印过程中感染的机率。
56.所述针筒21头部设有螺口针头22；所述针筒21由上至下放入所述针筒槽211后，各所述针筒21的部分筒体露出于所述针筒座2的上方，各所述全部螺口针头22全部露出于所述针筒座2的下方。
57.举例来说，在上述各部件安装完后，首先给两个气缸3一侧的气缸气管快速接头31进气，使气缸3的推杆32伸长，在两个推杆32的作用下带动气嘴固定板4在导柱5上向下滑动，气嘴固定板4上的气嘴41在压力作用下进入针筒21，安装在气嘴41上的橡胶圈412尺寸比针筒21的内径尺寸大，可以保证不漏气。
58.至此所有准备工作完成，然后开始向连接气嘴气管快速接头42的气管6中通气，气压通过气嘴41进行针筒内21，并推动针筒21内的活塞24向下挤压，针筒21中的墨水或材料通过螺口针头22被挤出，在3d打印机的控制下，实现3d打印。
59.3d打印结束后，气缸3的另一侧的两气缸气管快速接头31进气口进气，使气缸34的推杆32缩回，在两个推杆32的作用下带动气嘴固定板4在导柱5上向上滑动，气嘴41在拉力作用下带着针筒21向上移动，针筒21在碰到隔板12后，由于气嘴41通道的孔径比针筒21 的最大直径小，因此在拉力的作用下，可使气嘴41与针筒21脱开，并最终使气缸3复位。
60.在后续换料过程中，可通过抓取把手23，然后以稍斜上方向拉出针筒座2，并可取出用完墨水或材料的针筒21，以更换3d打印墨水或材料，或者直接更换针筒21。
61.综上所述，本技术可实现多通道同时打印，以及对6/12/24/48孔板的支架打印，此举会大大减少高通量打印机打印过程中换料的时间提高工作效率，本装置多个部位可拆卸，便于消毒及清洗。
62.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种3d打印装置，所述装置包括：如图1 所述的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头、进气设备、及打印平台。
63.本技术所述的多通道生物3d打印机快速换料装载喷头及3d打印装置，所述喷头包括：支撑结构，其设有上层腔体和下层腔体；所述下层腔体用于容纳包含多个针筒的针筒座；所述上层腔体设有气缸、及气嘴固定板；所述气嘴固定板上对应所述针筒座上各针筒的位置分别设有的多个气嘴；所述气嘴固定板可在气缸作用下沿贯穿的导柱上下运动，以使各气嘴分别与对应的各针筒实现接触或分离；所述气缸与各所述气嘴分别接入有外部进气设备的气管；当各气嘴与各针筒接触时，通过气管进气以使至少部分针筒内的打印材料被挤出以实现打印。
64.综上所述，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
65.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。