一种多喷头生物3D打印机的供料系统的制作方法

本发明涉及3d打印领域，特别涉及一种多喷头生物3d打印机的供料系统。

背景技术：

在现实生活中，当遇到严重疾病如感染、肿瘤、创伤等时，造成了骨、皮肤等组织损伤，临床上一般最常用的采用自体组织移植、异体组织移植。然而自体组织移植容易引发二次损伤以及带来额外疼痛、数量有限的问题。异体组织移植由于排斥反应的问题，会导致组织修复过程失败，以及对患者今后的生活带来不便，增加组织修复的费用。另外异体组织不足也对组织修复提出了严峻了考验，每年有成千上万的患者在承受病痛的折磨。组织工程通过细胞、生长信息、支架为元素，在体外或体内构建组织和器官，为患者带了希望。3d打印由于增材制造的方法能打印出各种复杂的结构支架，对组织工程意义巨大。

生物3d打印机是一种能够在三维数字模型驱动下，按照增材制造的原理来装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等的装备。其与一般3d打印机区别在于其原材料是生物模块而不是塑料。多喷头3d打印机通过不同喷头的切换能实现不同材料支架的打印工作。由于人体组织内部含有多种材料，所以我们打印出的组织工程支架应模拟人体内复杂的生理环境，多种材料是3d打印的支架必不可少的要求。利用多喷头生物3d打印机生产出不同材料复杂结构的再生支架。

市面的生物3d打印机的供料部分总是难以实现稳定精准的供料，或者只能实现单一材料供料的条件，而且供料系统结构繁琐，大多采用的是螺杆挤出的方式来进行供料，采用气压作为动力源，能满足保证细胞的存活率、无污染等生物方面的要求。另外气动供料系统能减小打印头的重量，能使3d打印机打印更有效率。现有的多喷头生物3d打印机难以实现供料系统切换之后的精确供料，难以通过上位机来实现对供料系统中的气压值以及供料系统实时启停进行调控。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多喷头生物3d打印机的供料系统，通过该供料系统实时控制多种喷头的切换供料的问题，通过控制器来控制三位五通阀的处于左、中、右三位来实现不同供料气路的通断，另外通过二位五通电磁阀的左右位的切换实现两个喷头的切换。通过电磁阀来是否处于中位来实现检测供料系统的通断，通过温度传感器和加热元件来保证挤出喷头中的生物材料处于恒温状态，为多喷头的3d打印机的实时切换供料提供了保障。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多喷头生物3d打印机的供料系统，包括有压力源、空气过滤器、减压安全阀、第一压力表、干燥器、比例调压阀、第二压力表、三位五通电磁阀、第一两位五通电磁阀、1-4号无菌过滤器、第二两位五通电磁阀、1-4号挤出喷头和控制器；所述压力源依次通过空气过滤器、减压安全阀、干燥器连接比例调压阀，所述比例调压阀的输出端连接三位五通电磁阀的进气口，三位五通电磁阀的出气口连接两位五通电磁阀的进气口，在所述减压安全阀和干燥器之间设置第一压力表，在比例调压阀和三位五通电磁阀之间设置第二压力表；1号挤出喷头、2号挤出喷头分别通过1号无菌过滤器、2号无菌过滤器连接第一两位五通电磁阀，3号挤出喷头、4号挤出喷头分别通过3号无菌过滤器、4号无菌过滤器连接第二两位五通电磁阀。

所采用的压力源为微型气泵。

所述三位五通电磁阀采用中封式电磁阀，其信号输入端与控制器相连。

所述两位五通电磁阀的信号输入端与控制器相连。

所述比例调压阀的信号输入端、输出端均与控制器相连。

所述1-4号挤出喷头内设有温度传感器以及加热装置，所述温度传感器的输出端与控制器相连，加热元件的输入端与控制器相连。控制器接收温度传感器的模拟信号，控制加热元件加热物料，从而实现供料系统的温度控制。

所述1-4号无菌过滤器输入端连接相对应的两位五通电磁阀，输出端连接相对应的1-4号挤出喷头的进气口。

通过上位机与控制器通信，控制器通过比例调压阀进行模拟量输入输出来实现对供料系统中的气压值的控制。比例调压阀自带有压力反馈，并能将压力信号转化为0-10v的模拟信号，反馈给控制器。控制器给比例调压阀一个0-10v的模拟信号，来实现控制器对比例调压阀的控制，上位机与控制器基于以太网实现通信，从而通过上位机的控制界面对比例阀的控制，表现在供料系统中就是压力的实时控制与监测。

多个喷头的切换以及供料暂停与启动通过三个电磁阀的通断来实现的，三个电磁阀的输入端均与控制器连接，控制器通过数字输出端的控制来实现电磁阀的换向，通过电磁阀处于不同的位来实现供料系统中的不同功能，通过三个电磁阀的配合来实现供料系统的启动与停止，以及多个供料装置的切换工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.能通过上位机来设定一个压力值，通过以太网实现与控制器通信，控制器输出电压模拟信号，然后比例调节阀接收到电压模拟信号来对供料系统中的压力进行调节。该供料系统能实现从上位机到供料执行机构之间的连通。

2.通过温度传感器和加热装置保证了挤出喷头中物料保持在常温下，为生物材料的活性和粘度提供了保障。

3.通过控制器给三个电磁阀数字信号来控制电磁阀处在不同位，从而实现不同气路切换以及供料启停功能。该供料系统供料控制简单，稳定，供料切换迅速，能实现在上位机上对喷头的切换工作，供料连续稳定。本供料系统可广泛地用在打印多种液体材料的3d打印机上。

附图说明

图1多喷头生物3d打印机的供料示意图。

图2供料系统的控制模块。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。

如图1所示，一种多喷头生物3d打印机的供料系统，包括有压力源1、空气过滤器2、减压安全阀3、第一压力表4、干燥器5、比例调压阀6、第二压力表7、三位五通电磁阀8、第一两位五通电磁阀9、1-4号无菌过滤器10、11、15、16、第二两位五通电磁阀14、1-4号挤出喷头12、13、17、18和控制器19；所述压力源1依次通过空气过滤器2、减压安全阀3、干燥器5连接比例调压阀6，所述比例调压阀6的输出端连接三位五通电磁阀8的进气口，三位五通电磁阀8的出气口连接两位五通电磁阀9、14的进气口，在所述减压安全阀3和干燥器5之间设置第一压力表4，在比例调压阀6和三位五通电磁阀8之间设置第二压力表7；1号挤出喷头12、2号挤出喷头13分别通过1号无菌过滤器10、2号无菌过滤器11连接第一两位五通电磁阀9，3号挤出喷头17、4号挤出喷头18分别通过3号无菌过滤器15、4号无菌过滤器16连接第二两位五通电磁阀14。

所采用的压力源1为微型气泵。

所述三位五通电磁阀8采用中封式电磁阀，其信号输入端与控制器19相连。

所述两位五通电磁阀9、14的信号输入端与控制器19相连。

所述比例调压阀6的信号输入端、输出端均与控制器19相连。

所述1-4号挤出喷头12、13、17、18内设有温度传感器21以及加热装置20，所述温度传感器21的输出端与控制器19相连，加热元件的输入端与控制器19相连。

所述1-4号无菌过滤器10、11、15、16输入端连接相对应的两位五通电磁阀9、14，输出端连接相对应的1-4号挤出喷头12、13、17、18的进气口。

供料系统中压力的实时控制功能的实现，通过减压安全阀3设定一个安全压力值来进行压力的初步调节，然后通过上位机实时给定控制器19一个所需要的压力值，控制器19输出压力模拟信号来控制比例调压阀6输出端的气压，另外比例调压阀6根据输出端的气压值产生一个压力模拟信号，进而反馈给控制器19，从而实现上位机对供料系统的实时监控与调节。

本发明系统的工作原理如下：

供料系统中气路的切换以及供料的暂停功能实现，当三位五通电磁阀8处于中位的时候，供料系统暂停供料。采用中封式的三位五通电磁阀8是为了在暂停供料的时候，供料系统中的气压值仍能保持在一个稳定的压力值。当三位五通电磁阀8左边的电磁线圈通电，右边线圈不通电时，左边气路实现连通，1号挤出喷头12挤出物料；然后当第一两位五通电磁阀9的电磁线圈通电后，第一两位五通电磁阀9处于左位，2号挤出喷头13挤出物料；当三位五通电磁阀8右边的电磁线圈通电，左边线圈不通电时，右边气路实现连通，3号挤出喷头17挤出物料；然后当第二两位五通电磁阀14的电磁线圈通电后，第二两位五通电磁阀14处于左位，4号挤出喷头18挤出物料。电磁线圈电路的通断是由控制器19输出的数字模拟信号来实现电磁阀的位控制。