本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其涉及一种多工位自动切换静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝是一种低成本、高效率制备纳米纤维的工艺，在微纳制造领域有着广泛的应用，电纺直写则在制备超细纤维的基础上，通过喷头与收集平台的联动实现超细纤维的可控沉积，并形成特定轨迹或图案，通过逐层叠加形成具有三维结构的模型。凭借其高度可控的纤维沉积和微纳尺度成型特性，这种工艺方法在微纳3d打印、组织工程、微机电系统、微流控芯片等行业上有着巨大的应用前景。
目前，国内外各种多材料多喷头的3d打印系统层出不穷，也提出了多种打印过程中各种喷头装置的切换方案。但是传统的3d打印系统的切换装置不能满足静电纺丝专用喷头的功能需求，因为在不同工艺下，喷头的结构与功能各异，这就要求切换装置功能的全面化。在近场直写领域，特别是多种材料的直写系统，喷头的智能化切换显得尤为重要，只有实现喷头的自动切换，即工艺的自动切换，才能实现同一样品上不同材料的复合直写。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多工位自动切换静电纺丝装置，可实现纺丝头的快速切换，能够实现纺丝机构高压电、高压气源、控制电路的快速连接，各功能部件对接可靠，切换便捷，满足不同材料的静电纺丝3d打印的需求。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多工位自动切换静电纺丝装置，包括第一对接模块和第二对接模块，所述第一对接模块包括第一对接本体，所述第一对接本体上设有吸合铁、电路连接母接头、高压电连接子接头和气路插孔；所述第二对接模块包括第二对接本体，所述第二对接本体上设有电磁铁、电路连接子接头、高压电连接母接头和气路插头；所述第一对接本体还设有用于连接熔融直写喷头或溶液直写注射泵的安装部。
作为上述方案的改进，本静电纺丝装置还包括喷头组支架，所述喷头组支架上设有待机工位，连接有熔融直写喷头或溶液直写注射泵的第一对接模块能够支承于所述待机工位上，所述待机工位下方设有容纳槽。
作为上述方案的改进，所述喷头组支架上还固定设有竖直设置的第三对接模块，其结构与第二对接模块相同。
作为上述方案的改进，所述容纳槽内设有废料收集器。
作为上述方案的改进，所述高压电连接子接头设于第一对接本体的正面上部一角，所述气路插孔设于第一对接本体的正面上部另一角；所述高压电连接母接头和气路插头对应设于第二对接本体上。
作为上述方案的改进，所述吸合铁具有向外凸出的圆柱部，所述电磁铁表面设有与所述圆柱部配合的位置校准用圆形凹槽。
作为上述方案的改进，所述吸合铁共两组，两组吸合铁纵向设于第一对接本体表面，包括位于上部的第一吸合铁和位于下部的第二吸合铁。
作为上述方案的改进，所述电路连接母接头共三组，第一组设于第一吸合铁的上方，第二和第三组设于第一吸合铁和第二吸合铁之间；所述电路连接子接头与电路连接母接头一一对应；其中，第一组电路连接母接头和子接头提供24v电源供电，第二组电路连接母接头和子接头提供用于加热系统的交流220v电源供电，第三组电路连接母接头和子接头提供控制电信号。
作为上述方案的改进，所述电路连接子接头和高压电连接子接头均设有弹性缓冲机构。
作为上述方案的改进，所述高压电连接子接头表面设有用于屏蔽高压对电路的干扰的环形凸起。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明将静电纺丝装置通过第一对接模块和第二对接模块的磁力吸引实现纺丝头的快速切换，能够实现纺丝机构高压电、高压气源、控制电路的快速连接，各功能部件对接可靠，切换便捷，满足不同材料的静电纺丝3d打印的需求。
本发明所述吸合铁共两组，两组吸合铁纵向设于第一对接本体表面，包括位于上部的第一吸合铁和位于下部的第二吸合铁。所述电路连接母接头共三组，第一组设于第一吸合铁的上方，第二和第三组设于第一吸合铁和第二吸合铁之间；所述电路连接子接头与电路连接母接头一一对应。采用上述排布方式，能够保证对接过程第一对接模块和第二对接模块的受力均衡，提高连接精度，防止由于连接过程受力不均而造成各接头的损伤。
当设备发生意外停电时，电磁铁失去磁性，此时高压电连接子接和气路插头将起支撑作用，防止喷头及其对接模块倾覆跌落至平台，起安全保障作用。
附图说明
图1是本发明一种多工位自动切换静电纺丝装置的第一对接模块结构示意图；
图2是本发明一种多工位自动切换静电纺丝装置的第二对接模块结构示意图；
图3和图4是第一对接模块与第二对接模块的对接方式示意图；
图5为熔融直写喷头与第一对接模块的结构示意图；
图6为溶液注射泵与第一对接模块的结构示意图；
图7是本发明一种多工位自动切换静电纺丝装置的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
如图1-图7所示，本发明实施例提供了一种多工位自动切换静电纺丝装置，包括第一对接模块和第二对接模块，所述第一对接模块包括第一对接本体1，所述第一对接本体1上设有吸合铁(11a，11b)、电路连接母接头12、高压电连接子接头13和气路插孔14；所述第二对接模块包括第二对接本体2，所述第二对接本体2上设有电磁铁21、电路连接子接头22、高压电连接母接头23和气路插头24；所述第一对接本体1还设有用于连接熔融直写喷头4或溶液直写注射泵5的安装部。其中，吸合铁(11a，11b)相对于第一对接本体1的正面突出几毫米，电路连接母接头12相对于第一对接本体1的正面突出几毫米，气路插孔14内部安装有橡胶密封圈。
优选地，本静电纺丝装置还包括喷头组支架3，所述喷头组支架3上设有待机工位31，连接有熔融直写喷头4或溶液直写注射泵5的第一对接模块能够支承于所述待机工位31上，所述待机工位31下方设有容纳槽32。所述喷头组支架3上还固定设有竖直设置的第三对接模块6，其结构与第二对接模块相同。设置第三对接模块6的主要目的是对待机状态中的喷头进行预处理，例如熔融直写喷头4在待机时需对内部材料进行加热熔融，当喷头待机位置就绪后，第二对接模块的电磁铁21断电，松开喷头及其第一对接模块，此时第三对接模块6的电磁铁21通电，将喷头及第一对接模块吸附至电机工位，并与电路连接器接通。所述容纳槽32内设有废料收集器33。当预热过程中有材料溢出至针头外部，其废料收集器33将收集从针头溢出的废料，并可随时抽出清洗。
优选地，所述高压电连接子接头13设于第一对接本体1的正面上部一角，所述气路插孔14设于第一对接本体1的正面上部另一角；所述高压电连接母接头23和气路插头24对应设于第二对接本体2上。所述吸合铁(11a，11b)具有向外凸出的圆柱部111，所述电磁铁21表面设有与所述圆柱部111配合的位置校准用圆形凹槽211。所述吸合铁(11a，11b)共两组，两组吸合铁(11a，11b)纵向设于第一对接本体1表面，包括位于上部的第一吸合铁11a和位于下部的第二吸合铁11b。所述电路连接母接头12共三组，第一组电路连接母接头12a设于第一吸合铁11a的上方，第二组电路连接母接头12b和第三组电路连接母接头12c设于第一吸合铁11a和第二吸合铁11b之间；所述电路连接子接头22与电路连接母接头12一一对应。其中，第一组电路连接母接头和子接头提供24v电源供电，第二组电路连接母接头和子接头提供用于加热系统的交流220v电源供电，第三组电路连接母接头和子接头提供控制电信号。通过将以上接头分成三组，能够使控制电路不受电源电路的交流电干扰，并提供不同电压的电流供应，改善不同器件的供电效果和供电可靠性。另外，采用上述排布方式，能够保证对接过程第一对接模块和第二对接模块的受力均衡，提高连接精度，防止由于连接过程受力不均而造成各接头的损伤。
下面详述本方案的具体原理：
一般地，第一对接模块安装于喷头的一侧，例如，在图5中熔融直写喷头4右侧面与第一对接模块的固定面安装固定，高压电源线从针头部分引线至第一对接模块中与高压电连接子接头13相连，气路接头141与熔融直写喷头4的气路接口通过气管相连。所述第一对接模块可以与多种熔融直写喷头4或其它静电纺丝元件连接，如图6中溶液直写注射泵右侧面与第一对接模块固定。喷头内部电路随第一对接模块的安装相应地与电路连接母接头12接通，同理，由注射器针头引高压线至第一对接模块中的高压电连接子接头13相连，实现直流高压的施加。
参见图3及图4，图示为第一对接模块与第二对接模块的对接方式，图中箭头是指喷头切换过程中，第一对接模块往第二对接模块的吸附方向。如图3和4中箭头a所示，当夹具携带第二对接模块移动至指定喷头位置后，第一电磁铁21和第二电磁铁21同时通电并产生磁性，使得第一吸合铁11a和第二吸合铁11b携带喷头往夹具方向吸附。在电机的位置调整前提下，电磁铁21和吸合铁(11a，11b)的凹凸设计能相互契合自动校准工位。与此同时，如图3和4中箭头b所示，在电磁铁21的吸力作用下，第一对接模块与第二对接模块接触面高度契合，使得电路连接子接头22和母接头上的弹簧针得以充分接触压缩，保证电路接通。如图3中箭头c所示，气路插头24压紧气路插孔14内部的橡胶密封圈，保证气密性。如图4中箭头d所示，高压电连接子接头13的弹性伸缩部分与高压电连接母接头23紧密接触。
以上所述为喷头切换过程中喷头从待机工位31中抓取至夹具的一系列步骤。以下说明喷头进入待机状态时的切换过程。当喷头完成阶段直写作业后，喷头随夹具一起移动至多喷头组支架3附近，该支架设有3个待机工位31，可安放任何一种工艺性质的喷头如熔融直写喷头4或溶液直写注射泵。
优选地，所述电路连接子接头22和高压电连接子接头13均设有弹性缓冲机构，以提高连接可靠性。所述弹性缓冲机构可以是弹簧，使得电路连接子接头22和高压电连接子接头13能够进行一定程度的伸缩。
优选地，所述高压电连接子接头13表面设有用于屏蔽高压对电路的干扰的环形凸起131。当设备发生意外停电时，电磁铁21失去磁性，此时高压电连接子接和气路插头24将起支撑作用，防止喷头及其对接模块倾覆跌落至平台，起安全保障作用。
显然，上文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。