一种3D生物打印控制系统的制作方法

本发明一种3d生物打印控制系统，属于3d生物打印控制技术领域。

背景技术：

3d打印技术为近年来普及发展的一种快速成型技术，3d打印机制作的零件复杂和精细程度已能接近或达到人工打磨的零件，且制作过程无需开模，使得3d打印机在生产应用方面具备巨大的使用潜力；目前影响3d打印精度很重要的一个因素在于对打印喷头的控制，打印喷头由步进电机驱动，对步进电机的速度及方向上的控制精度直接影响打印精度，而目前受制于3d打印机处理模块及驱动模块的性能，在控制精度和打印效率上仍有待提高，为提高打印效率，尤其在多喷头同时工作时，使用的处理器与周边传感器、驱动电机协调工作要求极高，存在驱动多喷头打印会降低打印效率的问题，仅能支持单喷头工作。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种控制精度高，打印效率高，可驱动多个打印喷头同时进行打印的3d生物打印控制系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种3d生物打印控制系统，包括中央控制器，所述中央控制器的信号输入端与喷头温度传感器相连，所述中央控制器的信号输出端与喷头温度控制模块相连；

所述中央控制器还通过选择器与电机驱动模块相连；

所述中央控制器还连接有触摸屏和无线通信模块，所述无线通信模块通过无线网络与监控计算机无线连接。

所述中央控制器使用的芯片为控制芯片u1，所述选择器使用的芯片为多路复用芯片u2，所述中央控制器和选择器的电路结构为：

所述控制芯片u1的15脚与多路复用芯片u2的16脚相连；

所述控制芯片u1的16脚与多路复用芯片u2的1脚相连；

所述控制芯片u1的17脚与多路复用芯片u2的2脚相连；

所述控制芯片u1的21脚与多路复用芯片u2的13脚相连；

所述控制芯片u1的22脚与多路复用芯片u2的4脚相连；

所述多路复用芯片u2的3脚串接电容c16后接地；

所述多路复用芯片u2的14脚串接电容c17后接地；

所述多路复用芯片u2的8脚和9脚与电机驱动模块相连；

所述控制芯片u1的5脚并接晶振y1的一端后与电容c29的一端相连，所述控制芯片u1的6脚并接晶振y1的另一端后与电容c30的一端相连，所述电容c29、c30的另一端相互连接后接地；

所述控制芯片u1的60脚串接电阻r28后接地；

所述控制芯片u1的7脚并接电阻r29的一端，电容c31的一端后与按钮开关k1的一端相连，所述电阻r29的另一端接3.3v输入电源，所述按钮开关k1的另一端并接电容c31的另一端后接地；

所述控制芯片u1的1脚并接二极管d6的负极，二极管d5的负极后与电容c32的一端相连，所述二极管d6的正极与蓄电池bt1的正极相连，所述电容c32的另一端并接蓄电池bt1的负极后接地，所述二极管d5的正极接3.3v输入电源；

所述控制芯片u1的32脚依次并接控制芯片u1的48脚、64脚、19脚、13脚、电容c39的一端，电容c38的一端，电容c37的一端，电容c36的一端，电容c35的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c39、c38、c37、c36、c35的另一端均接地；

所述控制芯片u1的12脚、18脚、63脚、47脚、31脚相互连接后接地；

所述控制芯片u1的62脚与喷头温度控制模块相连。

所述喷头温度控制模块的电路结构为：所述光电耦合器u31的一个输入端与控制芯片u1的62脚相连，所述光电耦合器u31的另一个输入端串接电阻r20后与5v输入电源相连；

所述光电耦合器u31的一个输出端串接电阻r27后与场效应管q1的栅极相连；

所述光电耦合器u31的另一个输出端与电阻r31的一端相连，所述电阻r31的另一端并接电阻r26的一端，输出端p1的1脚后与12v输入电源相连；

所述电阻r26的另一端与发光二极管d4的正极相连，所述发光二极管d4的负极并接场效应管q1的漏极后与输出端p1的2脚相连，所述场效应管q1的源极接地。

所述电机驱动模块使用的芯片为驱动芯片u3，所述电机驱动模块的电路结构为：

所述驱动芯片u3的14脚与电阻r22的一端相连；

所述驱动芯片u3的13脚并接电阻r24的一端后与电阻r23的一端相连，所述电阻r24的另一端并接电阻r22的另一端后接5v输入电源，所述电阻r23的另一端接地；

所述驱动芯片u3的16脚与多路复用芯片u2的8脚相连；

所述驱动芯片u3的19脚与多路复用芯片u2的9脚相连；

所述驱动芯片u3的2脚与电阻r1的一端相连；

所述驱动芯片u3的17脚串接电阻r2后接5v输入电源；

所述驱动芯片u3的3脚并接驱动芯片u3的18脚，电阻r1的另一端后接地；

所述驱动芯片u3的8脚与电容c11的一端相连；

所述驱动芯片u3的27脚与电阻r13的一端相连；

所述驱动芯片u3的23脚与电阻r12的一端相连；

所述电容c11的另一端并接电阻r13的另一端，电阻r12的另一端后接地；

所述驱动芯片u3的1脚、26脚、24脚、21脚与电机相连；

所述驱动芯片u3的15脚接5v输入电源；

所述驱动芯片u3的6脚、28脚、22脚相互连接，所述电容c10的一端与驱动芯片u3的6脚相连，所述电容c10的另一端并接驱动芯片u3的22脚后与vmm电源相连；

所述驱动芯片u3的4脚串接电容c1后与驱动芯片u3的5脚相连。

所述控制芯片u1的型号为stm32f103rbt6，所述多路复用芯片u2的型号为adg1609。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供了一种3d打印控制系统，该控制系统可支持多路喷头同时工作，通过选择器选择喷头及工作模式，可以实现多个喷头顺利切换或同时工作，可针对不同的打印需求选择控制不同的喷头，使其打印出的零件产品精度更高，打印速度更快。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明中央控制器和选择器的电路图；

图3为本发明喷头温度控制模块的电路图；

图4为本发明电机驱动模块的电路图；

图中：1为中央控制器、2为喷头温度传感器、3为喷头温度控制模块、4为选择器、5为电机驱动模块、6为触摸屏、7为无线通信模块、8为监控计算机。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明一种3d生物打印控制系统，包括中央控制器1，所述中央控制器1的信号输入端与喷头温度传感器2相连，所述中央控制器1的信号输出端与喷头温度控制模块3相连；

所述中央控制器1还通过选择器4与电机驱动模块5相连；

所述中央控制器1还连接有触摸屏6和无线通信模块7，所述无线通信模块7通过无线网络与监控计算机8无线连接。

所述中央控制器1使用的芯片为控制芯片u1，所述选择器4使用的芯片为多路复用芯片u2，所述中央控制器1和选择器4的电路结构为：

所述控制芯片u1的15脚与多路复用芯片u2的16脚相连；

所述控制芯片u1的16脚与多路复用芯片u2的1脚相连；

所述控制芯片u1的17脚与多路复用芯片u2的2脚相连；

所述控制芯片u1的21脚与多路复用芯片u2的13脚相连；

所述控制芯片u1的22脚与多路复用芯片u2的4脚相连；

所述多路复用芯片u2的3脚串接电容c16后接地；

所述多路复用芯片u2的14脚串接电容c17后接地；

所述多路复用芯片u2的8脚和9脚与电机驱动模块5相连；

所述控制芯片u1的5脚并接晶振y1的一端后与电容c29的一端相连，所述控制芯片u1的6脚并接晶振y1的另一端后与电容c30的一端相连，所述电容c29、c30的另一端相互连接后接地；

所述控制芯片u1的60脚串接电阻r28后接地；

所述控制芯片u1的7脚并接电阻r29的一端，电容c31的一端后与按钮开关k1的一端相连，所述电阻r29的另一端接3.3v输入电源，所述按钮开关k1的另一端并接电容c31的另一端后接地；

所述控制芯片u1的1脚并接二极管d6的负极，二极管d5的负极后与电容c32的一端相连，所述二极管d6的正极与蓄电池bt1的正极相连，所述电容c32的另一端并接蓄电池bt1的负极后接地，所述二极管d5的正极接3.3v输入电源；

所述控制芯片u1的32脚依次并接控制芯片u1的48脚、64脚、19脚、13脚、电容c39的一端，电容c38的一端，电容c37的一端，电容c36的一端，电容c35的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c39、c38、c37、c36、c35的另一端均接地；

所述控制芯片u1的12脚、18脚、63脚、47脚、31脚相互连接后接地；

所述控制芯片u1的62脚与喷头温度控制模块3相连。

所述喷头温度控制模块3的电路结构为：所述光电耦合器u31的一个输入端与控制芯片u1的62脚相连，所述光电耦合器u31的另一个输入端串接电阻r20后与5v输入电源相连；

所述光电耦合器u31的一个输出端串接电阻r27后与场效应管q1的栅极相连；

所述光电耦合器u31的另一个输出端与电阻r31的一端相连，所述电阻r31的另一端并接电阻r26的一端，输出端p1的1脚后与12v输入电源相连；

所述电阻r26的另一端与发光二极管d4的正极相连，所述发光二极管d4的负极并接场效应管q1的漏极后与输出端p1的2脚相连，所述场效应管q1的源极接地。

所述电机驱动模块5使用的芯片为驱动芯片u3，所述电机驱动模块5的电路结构为：

所述驱动芯片u3的14脚与电阻r22的一端相连；

所述驱动芯片u3的13脚并接电阻r24的一端后与电阻r23的一端相连，所述电阻r24的另一端并接电阻r22的另一端后接5v输入电源，所述电阻r23的另一端接地；

所述驱动芯片u3的16脚与多路复用芯片u2的8脚相连；

所述驱动芯片u3的19脚与多路复用芯片u2的9脚相连；

所述驱动芯片u3的2脚与电阻r1的一端相连；

所述驱动芯片u3的17脚串接电阻r2后接5v输入电源；

所述驱动芯片u3的3脚并接驱动芯片u3的18脚，电阻r1的另一端后接地；

所述驱动芯片u3的8脚与电容c11的一端相连；

所述驱动芯片u3的27脚与电阻r13的一端相连；

所述驱动芯片u3的23脚与电阻r12的一端相连；

所述电容c11的另一端并接电阻r13的另一端，电阻r12的另一端后接地；

所述驱动芯片u3的1脚、26脚、24脚、21脚与电机相连；

所述驱动芯片u3的15脚接5v输入电源；

所述驱动芯片u3的6脚、28脚、22脚相互连接，所述电容c10的一端与驱动芯片u3的6脚相连，所述电容c10的另一端并接驱动芯片u3的22脚后与vmm电源相连；

所述驱动芯片u3的4脚串接电容c1后与驱动芯片u3的5脚相连。

所述控制芯片u1的型号为stm32f103rbt6，所述多路复用芯片u2的型号为adg1609。

本发明提供一种3d打印控制系统，主要包括了中央控制器和人机交互界面，温度控制模块，步进电机以及电机驱动电路。

实际使用时将监控计算机8作为上位机控制端，用户可根据自己打印的产品选择合适的打印材料和喷头工作模式，选择后通过无线网络将数据发送给无线通信模块7，中央控制器1接收指令后通过处理解码执行操作。

所述中央控制器1内置自检程序并具备自检功能，运行时先进行自检，自检通过后进行初始化工作，此时可以通过触摸屏6实现人机交互，可以通过触摸屏6选择打印机的工作方式，如控制电机的转动，选择何种喷头工作，打印材料的选取等；所述触摸屏6的输出端与中央控制器1连接，可以显示3d打印机的工作菜单以及接收用户的指令，用户可以从工作菜单中选择相应模式来执行打印任务。

所述中央控制器1用于接收选择指令，根据选择指令对应的任务执行工作，控制指令到达中央控制器1后，处理器控制步进电机和打印喷头动作，同时将电机的位置和喷头的温度等数据实时反馈给监控计算机8。

在喷头工作之前，用户可以通过选择器4选择哪种打印材料、哪个喷头、打印何种形状来展开打印工作。

所述喷头温度传感器2可实时监测工作时喷头的工作温度，并将温度信息上传至监控计算机8的显示界面；本发明使用的喷头温度传感器2采用模拟输入，规格为16kb的eeprom，在掉电情况下依然可记忆打印机的工作进程，遭遇意外断电情况，重新上电后可以继续上次的工作进程继续打印，提高打印效率。

在打印时，电机驱动模块5通过接收选择器4发送的打印信息，来驱动电机做出相应动作，控制电机的转动方式以及转动速率，具体为驱动电机正反转来使打印喷头向x，y，z三个方向转动。

本发明使用的3d打印机整个工作过程可以通过中央控制器1进行工作数据的监控、存储、发送，可供上位机监控计算机8实时查看，提高监控效率。

所述无线通信模块7在实际使用时有多种通信协议可供使用：包括gprs无线网络通信，wifi无线通信，蓝牙通信等。

所述中央控制器1的控制芯片采用stm32系列芯片作为中枢控制器的主处理器，该芯片强大的性能可满足同时控制处理多个喷头电机的使用数据。与现有的3d打印控制系统相比，本发明支持多喷头工作的同时监控，使得操作更加人性化，便于实时观察。

本发明作为一种3d生物打印控制系统，可以对要打印的物质进行扫描建模，并能对打印的生物细胞进行活性检测；在打印时，首先读入由医学影像数据重建或设计的三维模型，将模型离散成多个片层，中央控制器1控制打印喷头逐层打印由生物材料或细胞组成的“生物墨水”，不断重复这一过程，直至打印完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。