喷头组件、3D打印设备和喷头组件的喷口位置调节方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印设备的喷头组件、3D打印设备和3D打印设备的喷头组件的喷口位置调节方法。

背景技术：

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。可以利用细胞和生物相容性材料制成生物墨汁。进行3D打印时，通过程序控制喷头组件运动，喷头组件移动并从其喷口将生物墨汁喷出，并将生物墨汁按照预设的目标三维结构的三维构建数字模型打印成型。

随着生物3D打印技术的发展，借助3D打印技术来制备人工血管等管腔状生物组织已成为生物3D打印领域的研发趋势和热点。

以3D血管打印机为例。3D血管打印机是一种用于打印管腔状生物组织的生物3D打印机。3D血管打印机通常包括喷头组件、旋转杆组件以及运动平台组件这三大模块。

喷头组件主要用于将生物墨汁有序排出。旋转杆组件主要是利用自身旋转运动接纳生物墨汁并在其上生成管腔状结构。运动平台组件用于带动喷头组件和旋转杆组件产生相对位移。

对于3D血管打印机，由于生物墨汁挤出后，通常只需要沿旋转杆组件的轴向移动滴注生物墨汁即可生成预定形状，相比于其他3D打印机，其在打印过程中，喷头组件无需进行Y轴方向的位移。正因如此，现有的血管打印机通常不会在Y轴方向设计单独的位移调节机构(如导轨、直线电机等等)。通过少设置一个Y轴调节结构，可以降低成本、简化控制难度、并且使得3D打印机整机结构更加简洁。

为了实现精准地打印和成形，3D血管打印机的喷头组件的喷口与旋转杆组件必须具有较高的同线性。同线性即喷头组件的喷口的中心与旋转杆组件的轴线位于同一个XZ平面内。但实际制造和装配过程中，喷头组件的喷口与旋转杆组件的同线性往往是很难保证的。例如：工件自身加工的误差、材料或线轨的变形或弯曲、装配误差等因素，都会影响到二者的同线性。

现有技术中，当喷头组件的喷口与旋转杆组件在Y轴方向位置出现偏差时，通常的做法是通过在喷头组件与运动平台组件之间增加垫块的方式对Y轴方向位置进行微调。

在实现本发明的过程中，设计人员发现，采用增加垫块的方式来调整喷头组件的喷口相对于旋转杆组件在Y轴方向的位置具有如下不足之处：

调节过程繁琐，操作不便，产生间隙的因素众多，垫块的厚度难以选择和确定，可能会反复的增减垫块和修正，需要反复调试和测量验证，过程很复杂，调节操作性和适应性较差。另外，尽管调节费时费力，调节的准确性却往往难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种3D打印设备的喷头组件、3D打印设备和3D打印设备的喷头组件的喷口位置调节方法，可以方便实现喷头组件中喷口位置的调节。

本发明第一方面提供一种3D打印设备的喷头组件，包括喷头结构和安装结构，所述喷头结构安装于所述安装结构上，所述喷头结构围绕一中心轴线相对于所述安装结构可转动地设置以调节所述喷头结构的喷口的位置。

优选地，所述喷头组件还包括紧固结构，所述紧固结构用于在所述喷口的位置调节完毕后将所述喷头结构紧固于所述安装结构上。

优选地，所述紧固结构包括螺纹连接件，所述安装结构上设有穿孔，所述螺纹连接件穿过所述穿孔与所述喷头结构连接，所述穿孔与所述螺纹连接件之间具有在所述喷头结构转动时供连接于所述喷头结构上的所述螺纹连接件活动的活动余隙。

优选地，所述喷头组件还包括致动结构，所述致动结构用于驱动所述喷头结构围绕所述中心轴线转动。

优选地，所述致动结构包括顶丝，所述安装结构上设有与所述顶丝配合的螺纹孔，所述顶丝与所述螺纹孔配合以使所述顶丝的端部驱动所述喷头结构围绕所述中心轴线转动。

优选地，所述喷头组件还包括致动结构，所述致动结构用于驱动所述喷头结构围绕所述中心轴线转动，所述致动结构包括顶丝，所述安装结构上设有螺纹孔，所述顶丝与所述螺纹孔配合，所述顶丝的端部与所述螺纹连接件抵接并通过驱动所述螺纹连接件运动带动所述喷头结构围绕所述中心轴线转动。

优选地，所述致动结构包括两个所述顶丝，两个所述顶丝分别用于控制所述喷头结构围绕所述中心轴线朝向相反的方向转动。

优选地，所述致动结构还包括复位元件，所述顶丝与所述复位元件配合以调节所述喷头结构相对于所述中心轴线的转动角度。

优选地，所述致动结构包括齿轮和与所述齿轮配合设置的弧形齿条，所述齿轮可转动地设置于所述安装结构上，所述弧形齿条与所述喷头结构连接；或者，所述致动结构包括凸轮，所述凸轮相对于所述安装结构可转动地设置，所述凸轮用于推动所述喷头结构转动。

优选地，所述中心轴线设置为通过所述喷头结构相对于所述安装结构的转动能够调节所述的喷口的Y轴位置。

优选地，所述中心轴线沿所述3D打印设备的X轴方向设置。

本发明第二方面提供一种3D打印设备，所述3D打印设备包括喷头组件，所述喷头组件包括喷头结构，所述喷头结构围绕一中心轴线可转动地设置以调节所述喷头结构的喷口的位置。

优选地，所述喷头组件为本发明第一方中任一项所述的喷头组件。

优选地，所述3D打印设备还包括旋转杆组件、用于调节所述喷头组件相对于所述旋转杆组件的轴向位置的X轴位置调节机构和用于调节所述喷头组件相对于所述旋转杆组件的高度的Z轴位置调节机构，所述中心轴线沿所述旋转杆组件的轴向设置。

优选地，所述3D打印设备为用于打印管腔状生物组织的生物3D打印设备。

优选地，所述中心轴线设置为所述喷头结构围绕该中心轴线转动能够调节所述喷口的Y轴位置。

优选地，所述中心轴线沿所述3D打印设备的X轴方向设置。

本发明第三方面提供一种3D打印设备的喷头组件的喷口位置调节方法，通过控制所述喷头组件的喷头结构围绕一中心轴线转动改变所述喷头结构的喷口的位置。

优选地，通过控制所述喷头结构围绕所述中心轴线转动改变所述喷口的Y轴位置。

优选地，通过控制所述喷头结构围绕沿所述3D打印设备的X轴延伸的中心轴线转动改变所述的喷口的Y轴位置。

基于本发明提供的3D打印设备的喷头组件、3D打印设备和3D打印设备的喷头组件的喷口位置调节方法。喷头组件包括喷头结构和安装结构，喷头结构安装于安装结构上，喷头结构围绕一中心轴线相对于安装结构可转动地设置以调节喷头结构的喷口的位置。该喷头组件通过转动喷头结构即可实现对喷口位置的调节，提供了一种喷头组件的喷口位置调节的新的方式，可以方便实现喷头组件中喷口位置的调节。而且结构简单、操作简便。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的3D打印设备中喷头组件的分解结构示意图。

图2为图1所示实施例的喷头组件的剖视结构示意图。

图3为图1所示实施例的3D打印设备中喷头组件与旋转杆的水平位置出现偏差时的结构示意图。

图4为图1所示实施例的3D打印设备中喷头组件与旋转杆的水平位置出现偏差时的调节原理示意图。

图5为本发明实施例的3D打印设备中未安装喷头组件和旋转杆组件时的立体结构示意图。

图6为本发明实施例的3D打印设备的立体结构示意图。

图1至图4中，各附图标记分别代表：

10、喷头结构，11、喷口，20、安装结构，21、轴孔，22、穿孔，23、螺纹孔，30、转动轴，40、螺纹连接件，50、顶丝，60、旋转杆，70、X轴位置调节机构，80、Z轴位置调节机构，90、底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在以下的描述中，X轴、Y轴和Z轴指的是喷头组件及3D打印设备处于工作状态时3D打印设备的运动模组的三维座标轴。运动模组控制3D打印设备的喷头组件的喷口与承载打印产品的承载部的相对位置。通常情况下，X轴为水平轴，Z轴为竖直轴，X轴和Z轴所在的平面为XZ平面，Y轴为垂直于XZ平面的水平轴。例如，在3D血管打印设备中，X轴一般为与旋转杆组件的轴线方向相同的水平轴，Z轴为竖直轴，Y轴为垂直于XZ平面的水平轴。

如图1至图4所示，本实施例的3D打印设备的喷头组件包括喷头结构10、安装结构20、转动轴30、紧固结构和致动结构。

转动轴30分别与喷头结构10和安装结构20连接，喷头结构10围绕转动轴30的中心轴线相对于安装结构20可转动地设置以调节喷头结构10的喷口11的位置。

该喷头组件和具有该喷头组件的3D打印设备通过转动喷头结构即可实现对喷口位置的调节，提供了一种喷头组件的喷口位置调节的新的方式，可以方便实现喷头组件中喷口位置的调节。而且结构简单、操作简便。

紧固结构用于在喷口11的位置调节完毕后将喷头结构10紧固于安装结构20上。

如图1至图4所示，本实施例中紧固结构包括螺纹连接件40，安装结构20上设有穿孔22，螺纹连接件40穿过穿孔22与喷头结构10连接，穿孔22与螺纹连接件40之间具有在喷头结构10转动时供连接于喷头结构10上的螺纹连接件40活动的活动余隙。

本实施例中，螺纹连接件40具体地为内六角螺栓。穿孔22具体地为沿以转动轴30的中心轴线为中心的弧线延伸的腰形孔。在其它未示出的实施例中，穿孔22可以为与螺纹连接件之间具有较大间隙的圆孔等其它具有活动余隙的穿孔。

致动结构用于驱动喷头结构10围绕转动轴30的中心轴线转动。

如图1至图4所示，致动结构包括顶丝50。安装结构20上设有与顶丝50配合的螺纹孔23。顶丝50与螺纹孔23配合以使顶丝50的端部驱动喷头结构10围绕中心轴30的中心轴线转动。

具体地，顶丝50的端部与螺纹连接件40抵接并通过螺纹连接件40的运动带动喷头结构10围绕中心轴30的中心轴线转动。

如图1至图4所示，本实施例中，致动结构包括两个顶丝50，两个顶丝50分别用于控制喷头结构10围绕中心轴30的中心轴线朝向相反的方向转动。

在其它未示出的实施例中，致动结构还可以包括复位元件，顶丝50与复位元件配合以调节喷头结构10相对于中心轴线的转动角度。

另外，致动结构还可以包括齿轮和与齿轮配合设置的弧形齿条，齿轮可转动地设置于安装结构上，弧形齿条与喷头结构连接。或者，致动结构还可以包括凸轮，凸轮相对于安装结构可转动地设置，凸轮用于推动喷头结构转动。

本实施例中，喷头结构10包括沿X轴方向并列布置的两个喷口11。安装结构20主要包括一块L型连接板。喷头结构10的两个侧面与L型板的两个内侧面相对。

L型连接板的一块侧板上开设有沿X轴方向设置的轴孔21和四个穿孔22。该侧板的端壁上开设有沿Y轴方向设置的两个螺纹孔23。两个螺纹孔23与四个穿孔22中靠近该端壁的两个穿孔22分别连通。转动轴30穿过轴孔21与喷头结构10连接。四个螺纹连接件40各自穿过对应的穿孔22与喷头结构10上的螺纹连接孔配合连接。两个顶丝50各自与一个螺纹孔23配合，且两个顶丝50的端面与对应的螺纹连接件40的侧面相抵。

在其它未示出的实施例中，安装结构也可以是平面形的安装板、设置有安装转动轴的轴套的框架结构等等，只要能实现安装转动轴及喷嘴结构即可。

其中，安装结构可以是通过螺钉等连接件可拆卸地或通过焊接方式不可拆卸地安装于3D打印设备的运动模组上，即相对于运动模组是独立的；安装结构也可以是运动模组的一部分，即相对于运动模组是非独立的。

其中，X轴与旋转杆组件的轴向相同，Z轴与竖直方向相同，而Y轴分别垂直于X轴和Z轴，三者构成直角坐标系。

本实施例的3D打印设备包括喷头组件，喷头组件包括喷头结构10，其中，喷头结构10围绕一中心轴线可转动地设置以调节喷头结构10的喷口11的位置。优选地，该3D打印设备包括前述的喷头组件。

如图5和图6所示，优选地，3D打印设备还包括旋转杆组件、用于调节喷头组件相对于旋转杆组件的轴向位置的X轴位置调节机构70和用于调节喷头结构10相对于旋转杆组件的高度的Z轴位置调节机构80，转动轴30的中心轴线沿旋转杆组件的轴向设置。该设置可以方便地调节喷口11的Y轴方向位置。旋转杆组件包括旋转杆60。喷头组件、旋转杆组件、X轴位置调节机构70和Z轴位置调节机构80均设置于底座90上。

本实施例中，该3D打印设备为用于打印管腔状生物组织例如血管的生物3D打印设备。

如图3所示，该生物3D打印设备在打印血管时，喷头结构10的喷口11运动时，喷口11的中心需与旋转杆组件及其旋旋杆60的轴线位于同一竖直平面内。但受加工精度差异和装配误差的影响，喷头组件在与Z轴位置调节机构80连接固定后，其两个喷口11的中心不一定与旋转杆60的轴线处于同一个XZ平面内。

本实施例在喷头结构10与安装结构20之间，增设了一个转动轴30。喷头结构10相对于安装结构20能够围绕平行于X轴的中心轴线转动。通过喷口11的圆弧运动，改变喷口11的Y轴方向位置，实现喷口11的Y轴位置的微调。

转动轴30还有连接并支撑喷头结构10的作用。当螺纹连接件40从喷头结构10上的螺纹安装孔中旋出、脱离喷头结构10时，转动轴30能够避免喷头结构10从安装结构20上自由跌落。

将安装结构20上用于安装螺纹连接件40的圆形通孔改为具有活动余隙的腰型孔，可以为喷头结构10提供一定的相对于安装结构20转动的自由度。当需要喷头结构10转动时，只需要松开螺纹连接件40与安装结构20之间的压紧力即可，无需将螺纹连接件40从安装结构20上的穿孔22以及喷头结构10上的螺纹安装孔中拆除。

在安装结构20上设置顶丝50，顶丝50能够沿X轴方向移动并与螺纹连结件40的侧部抵接，从而能够对螺纹连接件40施力以推动喷头结构10转动。

本发明实施例还提供一种3D打印设备的喷头组件的喷口位置调节方法，包括通过控制喷头组件的喷头结构10围绕一中心轴线转动改变喷头结构10的喷口11的位置。

如图4所示，本实施例中，喷头结构10的喷口11的Y轴位置调节的具体调节过程如下：

旋松螺纹连结件40。此时，喷头结构10与安装结构20之间仅有转动轴30起连接作用，在此状态下，喷头结构10能够围绕转动轴30的转动轴线转动。

转动两个顶丝50。按需要使其一向放松放向转动、另一向旋紧方向转动，使得喷头结构10相对于安装结构20绕中心轴线朝预定的转动方向转动，调节喷头结构10的喷口11的Y轴方向位置，直至达到目标位置。

将螺纹连接件40锁紧，调节完成。

需要说明的是，本发明以上实施例仅通过对喷口的Y轴方向位置的调节进行说明，但是本发明的喷嘴结构、3D打印机和喷嘴组件的喷口位置调节方法可以根据需要对喷口的其它方向的位置进行微调而不仅限于Y轴方向位置调节。

本发明实施例的3D打印机和喷头组件的喷口位置调节方法与喷头组件具有类似的优点。

根据以上描述可知，本发明以上实施例具有以下技术效果至少之一：

1、相比于现有技术中增减垫块的调节方式，该喷头组件和3D打印设备以控制喷头结构转动的调节方式控制喷口按圆弧轨迹运动，从而改变喷头结构的喷口的Y轴方向位置，调节简易、操作方便、适应性和可重复性更高。

通过顶丝进行调节，可以实现喷口的Y轴方向位置的无级调节，调节准确。

2、相比于单独设置电机和轨道的Y轴调节机构的方式，降低3D打印设备整机成本和自重，结构更加精简、外形更加美观。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。