一种三轴多喷头电纺装置的制作方法

1.本实用新型涉及静电纺丝领域，具体涉及一种三轴多喷头电纺装置。


背景技术：

2.静电纺丝技术基于其原理性优势，可轻松制得纳米级纤维，该技术具有纺丝成本低廉、原料来源众多、可批量化制备等优势。纺丝制品的高比表面积、大的长度/直径比等优秀的物理特性可在医美、创伤敷料、药物缓释等领域具有极大应用潜力。
3.传统的静电纺丝装置一般体积较为庞大，占用空间多，且一般是单一材料电纺，固定喷头和纺丝收集区域，纺丝成膜后再取下膜进行后续实验操作。该类设备操作方法繁杂，无法对实验对象进行原位电纺，取膜等后续操作会对实验结果影响较大，且此类设备纺丝收集区域一般为平面或圆筒，无法对不规则形状的收集区域进行电纺。因此，寻求设计一种具有多喷头、可原位电纺不同材料、喷头可在三维空间运动的静电纺丝装置，具有广泛的应用前景。
4.因此本实用新型提供一种三轴多喷头电纺装置用于解决现有静电纺丝设备装置一般多为单喷头，仅能电纺单一材料，且喷头固定，仅能对平面收集区或外加旋转的滚筒收集区进行电纺，无法对一些不规则收集区域进行原位电纺的问题。


技术实现要素：

5.针对现有静电纺丝设备装置一般多为单喷头，仅能电纺单一材料，且喷头固定，仅能对平面收集区或外加旋转的滚筒收集区进行电纺，无法对一些不规则收集区域进行原位电纺的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种三轴多喷头电纺装置，包括：电纺丝装置主体；
7.运动机构层，所述运动机构层装配有三轴运动机构，三轴运动机构利用电纺丝装置主体设置有的驱动模块进行三轴运动，完成运动机构层设置有的多喷头机构在空间范围内相对于三轴运动机构装配有的承载平台的三维运动，用于不规则形状的负极收集区进行原位电纺，有效提高了电纺效率和使用场景；
8.多喷头机构，所述多喷头机构装配在运动机构层上，用于盛放不同的电纺液，电纺时，支持不同电纺液的即时切换；
9.单行程气缸，所述单行程气缸装配在多喷头机构上，利用单行程气缸进行气动供液方法，与传统的注射泵方式相比，取消了复杂的注射机构，使得多喷头机构的设计更为紧凑，结构更为简洁轻便。
10.进一步技术方案，所述运动机构层装配在框架上；框架包括两层，上层为运动机构层，下层为电控系统层；运动机构层包括三轴运动机构、多喷头机构，所述多喷头机构设置于所述三轴运动机构的末端运动平台，安装方式为螺丝固定，所述驱动模块可控制三轴运动机构进行三轴联动，可实现所述多喷头机构在空间范围内相对于承载平台的三维运动，电纺收集区域不再受限于传统的平面收集区或圆筒收集区，可对不规则形状的负极收集区
进行原位电纺，有效提高了电纺效率和使用场景；所述运动机构层由金属型材作为承载部件，采用角件和螺丝装配，构建成龙门结构；
11.所述电控系统层设置有的升高压模块为多喷头机构提供高压用于电纺，所述多喷头机构可在所述电控系统层设置有的主控模块的控制下切换不同的喷头进行电纺。
12.再进一步技术方案，所述电控系统层由金属型材构建出长方体空间，金属型材之间采用角件和螺丝连接；所述电控系统层包括主控模块、驱动模块、供电模块以及升高压模块，主控模块、驱动模块、供电模块以及升高压模块均通过螺丝固定方式安装于电控系统层底部设置的安装板上。
13.再进一步技术方案，所述三轴运动机构包括：x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组、光电限位开关、辅助导轨、承载平台，x轴运动模组水平安装在运动结构层设置的龙门结构横梁上，x轴模组滑块的运动方向为左右方向；z轴运动模组垂直安装在x轴模组滑块上，z轴模组滑块的运动方向为上下方向；y轴运动模组单独安装在龙门结构底部，垂直于x轴运动模组和z轴运动模组，y轴模组滑块的运动方向为前后方向；x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组均利用模组背面的螺丝孔位安装固定，x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组均采用丝杆螺母的传动方式实现直线运动，x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组端部均安装有一个高精度步进电机，高精度步进电机与x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组采用螺丝固定，高精度步进电机的输出轴与x轴运动模组、y轴运动模组、z轴运动模组设置的丝杆采用联轴器进行传动；所述光电限位开关包含正限位光电开关和负限位光电开关，正限位光电开关、负限位光电开关、三轴运动机构设置有的参考点光电限位开关装配在运动模组底座上；辅助导轨安装在辅助导轨底座上；模组导轨装配在y轴运动模组上；
14.工作时，高精度步进电机在驱动模块的作用下转动，电机轴通过联轴器带动三轴运动机构设置有的丝杆旋转，可推动内置螺母的各模组滑块进行直线往复运动，各模组滑块侧面设有挡片可触发设置在模组侧面的光电限位开关，以实现归零或回原点等矫正坐标的操作。
15.进一步技术方案，所述多喷头机构包括：四个喷头模块、单行程气缸、复位弹簧、导轨、滑块、安装板、喷头安装座、下抱紧块、上抱紧块，喷头模块由绝缘外壳、针筒、针头、针筒盖组成，绝缘外壳通过螺丝方式安装于滑块，喷头模块可在导轨上进行短行程的上下运动；所述复位弹簧设于绝缘外壳侧面，复位弹簧中间有一导向轴用于为复位弹簧提供上下的导向作用，防止弹簧弯曲，复位弹簧下端与底部安装板接触，上端与绝缘外壳固连的支架接触；所述单行程气缸与所述喷头模块的绝缘外壳连接；
16.需要切换某个喷头时，对应的单行程气缸执行动作，将该喷头模块向下推动，使喷头模块的针头低于其他针头，以便于该喷头电纺时，避免其他喷头对此喷头的干扰，单行程气缸执行动作并撤销压力后，被压缩的复位弹簧可为喷头模组提供一个向上的回复力，针筒盖外接压缩气路，由高压气体作为出液动力，在对应的喷头模块被顶出时，该喷头模块对应的针筒将被通入压缩气体，将针筒内的药液挤出。
17.进一步技术方案，所述静电纺丝装置主体装配有主控模块，主控模块用于控制所有控制信号指令的发出；主控模块设置的输入端与静电纺丝装置主体装配有的供电模块连接；静电纺丝装置主体装配有的驱动模块、升高压模块和主控模块设置的输出端采用电连接；在主控模块发出指令后，可实现三轴运动、喷头切换、高压电纺等操作。
18.进一步技术方案，所述驱动模块包括电机驱动模块、气缸驱动模块；静电纺丝装置主体装配有的主控模块、供电模块和电机驱动模块的输入端采用电连接；电机驱动模块的输出端和三轴运动机构设置的高精度步进电机电连接，用于对高精度步进电机进行控制；气缸驱动模块的输入端电连接主控模块和供电模块，气缸驱动模块的输出端电连接多喷头机构的单行程气缸，用于控制不同的气缸顶出和缩回以实现不同喷头的切换。
19.进一步技术方案，所述静电纺丝装置主体装配有升高压模块，升高压模块用于将供电模块提供的直流电转换成直流高压；升高压模块输入端电连接静电纺丝装置主体装配有的供电模块和主控模块，升高压模块输出端与多喷头机构的针头电连接；
20.在主控模块的升压指令发出后，升高压模块将供电模块提供的直流电升压成直流高压，为喷头模块后续的电纺提供一个直流的高压电场。
21.进一步技术方案，所述静电纺丝装置主体装配有供电模块，供电模块外接交流市电，将市电转化为低压直流电，用于提供电力支持。
22.进一步技术方案，所述静电纺丝装置主体设置有开关机按键，开关机按键通过绝缘支架安装于电控系统层，开关机按键设于供电模块与市电之间，用于控制电力通断。
23.与现有技术相比，本实用新型一种三轴多喷头电纺装置，包括：电纺丝装置主体：运动机构层，所述运动机构层装配有三轴运动机构，三轴运动机构利用电纺丝装置主体设置有的驱动模块进行三轴运动，完成运动机构层设置有的多喷头机构在空间范围内相对于三轴运动机构装配有的承载平台的三维运动，用于不规则形状的负极收集区进行原位电纺，有效提高了电纺效率和使用场景；多喷头机构，所述多喷头机构装配在运动机构层上，用于盛放不同的电纺液，电纺时，支持不同电纺液的即时切换；单行程气缸，所述单行程气缸装配在多喷头机构上，利用单行程气缸进行气动供液方法，与传统的注射泵方式相比，取消了复杂的注射机构，使得多喷头机构的设计更为紧凑，结构更为简洁轻便。
附图说明
24.图1为本实用新型一种三轴多喷头电纺装置的结构示意图。
25.图2为本实用新型一种三轴多喷头电纺装置的y轴运动模组结构示意图。
26.图3为本实用新型一种三轴多喷头电纺装置的多喷头机构结构示意图。
27.图4为本实用新型一种三轴多喷头电纺装置的喷头模块的爆炸结构示意图。
28.附图标记中：
29.10-框架；11-y轴运动模组；12-x轴运动模组；13-辅助导轨；14-z轴运动模组；15-辅助导轨底座；16-多喷头机构；17-承载平台；18-开关机按键；19-主控模块；20-升高压模块；21-驱动模块；22-供电模块；111-运动模组底座；112-高精度步进电机；113-模组导轨；114-丝杆；115-y轴模组滑块；116-正限位光电开关；117-挡片；118-参考点光电限位开关；119-负限位光电开关；161-安装板；162-喷头模块；163-复位弹簧；164-单行程气缸；1621-针筒盖；1622-针筒；1623-喷头安装座；1624-绝缘外壳；1625-针头；1626-下抱紧块；1627-上抱紧块。
具体实施方式
30.下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。在本实用
新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.如图1-4所示：一种三轴多喷头电纺装置，包括：电纺丝装置主体：
32.运动机构层，所述运动机构层装配有三轴运动机构，三轴运动机构利用电纺丝装置主体设置有的驱动模块21进行三轴运动，完成运动机构层设置有的多喷头机构16在空间范围内相对于三轴运动机构装配有的承载平台17的三维运动，用于不规则形状的负极收集区进行原位电纺，有效提高了电纺效率和使用场景；多喷头机构16，所述多喷头机构16装配在运动机构层上，用于盛放不同的电纺液，电纺时，支持不同电纺液的即时切换；单行程气缸164，所述单行程气缸164装配在多喷头机构16上，利用单行程气缸164进行气动供液方法，与传统的注射泵方式相比，取消了复杂的注射机构，使得多喷头机构16的设计更为紧凑，结构更为简洁轻便。
33.框架10包括包括两层，下层为电控系统层，上层为运动机构层，电控系统层由金属型材构建出长方体空间，金属型材之间采用角件和螺丝连接，电控系统层包括主控模块19、驱动模块21、供电模块22以及升高压模块20，以上模块均通过螺丝固定方式安装于电控系统层底部的安装板161；运动机构层由金属型材作为承载部件，采用角件和螺丝装配，构建成龙门结构，运动机构层包括x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14、多喷头机构16，多喷头机构16安装于z轴运动模组14的承载平台，安装方式为螺丝固定，驱动模块21可控制三轴运动机构进行三轴联动，可实现多喷头机构16在空间范围内相对于承载平台17的三维运动，升高压模块20为多喷头机构16提供高压用于电纺，多喷头机构16可在主控模块19的控制下切换不同的喷头进行电纺。
34.三轴运动机构包括：x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14、光电限位开关、辅助导轨13、承载平台17；x轴运动模组12水平安装在所述运动结构层的龙门横梁上，x轴模组滑块的运动方向为左右方向，z轴运动模组14垂直安装在x轴模组滑块上，z轴模组滑块的运动方向为上下方向，y轴运动模组11单独安装在龙门底部，垂直于x轴运动模组12和z轴运动模组14，y轴模组滑块115的运动方向为前后方向，x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14均靠模组背面的螺丝孔位安装固定，x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14均采用丝杆螺母的传动方式实现直线运动，x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14端部均安装有一个高精度步进电机，以y轴运动模组11为例，高精度步进电机112与x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14采用螺丝固定，高精度步进电机112的输出轴与x轴运动模组12、y轴运动模组11、z轴运动模组14的丝杆114采用联轴器进行传动；所述光电限位开关包含正限位光电开关116和负限位光电开关119，正限位光电开关116、负限位光电开关119、三轴运动机构设置有的参考点光电限位开关118装配在运动模组底座111上；辅助导轨13安装在辅助导轨底座15上；
35.工作时，步进电机112在驱动模块21的作用下转动，电机轴通过联轴器带动丝杆114旋转，可推动内置螺母的模组滑块115进行直线往复运动，模组滑块115侧面设有挡片117可触发设置在模组侧面的光电限位开关，以实现归零或回原点等矫正坐标的操作。
36.多喷头机构16包括：四个喷头模块162、单行程气缸164、复位弹簧163、导轨、滑块、安装板161、喷头安装座1623、下抱紧块1626、上抱紧块1627；喷头模块162由绝缘外壳1624、针筒1622、针头1625、针筒盖1621组成，绝缘外壳1624通过螺丝方式安装于滑块，喷头模块162可在导轨上进行短行程的上下运动，复位弹簧163设于绝缘外壳1624侧面，复位弹簧163
中间有一导向轴用于为复位弹簧163提供上下的导向作用，防止弹簧弯曲，复位弹簧163下端与安装板161底部接触，上端与绝缘外壳1624固连的支架接触。单行程气缸164与喷头模块162的绝缘外壳1624连接，需要切换某个喷头时，对应的单行程气缸164执行动作，将该喷头模块162向下推动，使喷头模块162的针头1626低于其他针头，以便于该喷头电纺时，避免其他喷头对此喷头的干扰，单行程气缸164执行动作并撤销压力后，被压缩的复位弹簧163可为喷头模块162提供一个向上的回复力，针筒盖1621外接压缩气路，由高压气体作为出液动力，在对应的喷头模块162被顶出时，该喷头模块162对应的针筒1622将被通入压缩气体，将针筒1622内的药液挤出。
37.所述主控模块19用于控制整个设备的所有控制信号指令的发出；所述主控模块输入端与供电模块22连接，输出端与驱动模块21、升高压模块20电连接，在主控模块19发出指令后，设备可实现三轴运动、喷头切换、高压电纺等操作。
38.驱动模块21包括电机驱动模块、气缸驱动模块，电机驱动模块的输入与主控模块19和供电模块22电连接，输出与三轴的高精度步进电机112电连接，可对三轴的高精度步进电机112进行控制，气缸驱动模块的输入与主控模块19和供电模块22电连接，输出与多喷头机构16的单行程气缸电164连接，可控制不同的气缸顶出和缩回以实现不同喷头的切换。
39.升高压模块20用于将供电模块22提供的直流电转换成直流高压，升高压模块20输入与供电模块22和主控模块19电连接，输出与喷头模块162的针头1625电连接，在主控模块19的升压指令发出后，升高压模块20将供电模块22提供的直流电升压成直流高压，为喷头模块162后续的电纺提供一个直流的高压电场。
40.供电模块22外接交流市电，将市电转化为低压直流电，为设备各用电器提供电力支持。
41.本实用新型的工作原理是：本实用新型一种三轴多喷头电纺装置，包括：电纺丝装置主体：运动机构层，所述运动机构层装配有三轴运动机构，三轴运动机构利用电纺丝装置主体设置有的驱动模块21进行三轴运动，完成运动机构层设置有的多喷头机构16在空间范围内相对于三轴运动机构装配有的承载平台17的三维运动，用于不规则形状的负极收集区进行原位电纺，有效提高了电纺效率和使用场景；多喷头机构16，所述多喷头机构16装配在运动机构层上，用于盛放不同的电纺液，电纺时，支持不同电纺液的即时切换；单行程气缸164，所述单行程气缸164装配在多喷头机构16上，利用单行程气缸164进行气动供液方法，与传统的注射泵方式相比，取消了复杂的注射机构，使得多喷头机构16的设计更为紧凑，结构更为简洁轻便。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.上面对本实用新型的较佳实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。