一种生物3D打印机多功能打印头装置

一种生物3d打印机多功能打印头装置
技术领域
1.本实用新型属于生物3d打印机技术领域，尤其是涉及一种生物3d打印机多功能打印头装置。


背景技术：

2.3d打印机又称三维打印机(3dp)，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，现阶段三维打印机被用来制造产品，逐层打印的方式来构造物体的技术，3d打印机的原理是把数据和原料放进3d打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。
3.现有技术中，生物3d打印机打印头包含种类较多，包括低温打印头，高温打印头，光固化打印头，同轴流打印头等。现有技术大多将温度控制和光固化分开，缺少将低温和光固化结合起来共同控制的多功能打印头。且光固化打印技术上主要是在打印的过程中用一套uv光固化设备照射打印材料，单独控制，所需空间大，成本高，最终打印精度不高。因此，有必要提供一种生物3d打印机多功能打印头装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决上述问题，而提出的一种生物3d打印机多功能打印头装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种生物3d打印机多功能打印头装置，包括打印头装置本体，其特征在于：所述打印头装置本体包括光固化功能模块、温控功能模块、打印头快速更换装置、针筒及针筒固定装置，所述打印头快速更换装置与温控功能模块相连接，所述光固化功能模块安装在温控功能模块下侧。
7.所述打印头快速更换装置包含快速更换连接板、定位销及保温层散热铝板，所述快速更换连接板两侧内嵌有两块高强度磁铁块，所述高强度磁铁块上下开有为3mm沉头螺丝孔，用于固定到快速更换连接板18上，所述保温层散热铝板在与快速更换连接板相对应的位置上布置有高强度磁铁块，在安装时采用异级相吸原理，保证完全贴合吸住。
8.所述温控功能模块包括环形针筒温控块、针筒温控半导体、针筒温度传感器、散热风扇、散热刺片、散热通道、保温层外壳、保温层顶板及保温层底板。保温层顶板开设有保温层顶板固定孔，所述保温层顶板固定孔内设置有螺栓，所述保温层顶板通过螺栓与保温层外壳固定连接，所述保温层外壳与保温层底板通过螺栓固定连接。所述保温层散热铝板底部与保温层底板可拆卸的连接，所述高强度磁铁块与保温层顶板可拆卸的连接。所述环形针筒温控块设置在保温层外壳内部，所述针筒安装在所述环形针筒温控块内部，且间隙为0.1mm，确保加热或制冷针筒传递效率。针筒右顶部开有深10mm孔，中间开有通孔。所述针筒温控半导体共四块，均布安装在针筒温控块和保温层散热铝板之间。环形针筒温控块顶部
设置有开孔，所述针筒温度传感器安装于开孔中。保温层顶板开设有散热通道，所述散热风扇安装在保温层散热铝板外侧，所述散热刺片设置在保温层散热铝板中部。工作时，外部冷风通过散热风扇吹响整个散热铝板，热量经由散热刺片从散热通道带出，从而使得整个针筒、散热铝板与针筒温控半导体热循环达到一个平衡，维持需要的设定温度。所述针筒固定装置安装在保温层外壳外侧，所述针筒固定装置穿过保温层外壳和环形针筒温控块，用于锁死针筒。
9.所述光固化功能模块包括uv光源、光固化电路板、光固化光环内壳、光固化外壳、光固化电路板固定板。所述光固化内壳设置在光固化外壳内部，所述光固化光环外壳起支撑光固化电路板作用，所述光固化光环外壳均布4个螺纹孔，所述螺纹孔用于连接光固化电路板固定板，所述光固化电路板设置于光固化环外壳与光固化电路板固定板之间，在安装时螺栓穿过光固化环外壳、光固化电路板固定板、保温层底板与保温层外壳固定连接，从而压紧光固化电路板。所述光固化光环内壳顶部设有止口及光固化固定螺钉，所述止口与光固化固定螺钉之间设置有光固化连接板，用于固定光固化电路板。所述光固化电路板穿过止口，所述光固化连接板压紧光固化电路板顶部，光固化固定螺钉压紧光固化连接板，光固化固定螺钉与固化光环内壳相连接，从而固定光固化电路板。所述uv光源共8个，8个所述uv光源均布在所述光固化电路板的底面且与光固化电路板串联焊接，这样的结构能确保电流相同，发光量、发热量相同，照射均匀，所述光固化电路板外部采用可调电流模块控制输入电流，可根据需要调整实时电流大小。所述光固化光环内壳内部为通孔，所述针筒下部连接有针头，所述通孔用于穿过针头，所述光固化光环内壳外部为渐变环形，用于在uv光源照射下形成均匀光环。
10.作为优选的，所述快速更换连接板中上部开有3个连接板固定开孔，所述连接板固定开孔用于将整个打印头连接到打印机z轴模组上。所述定位销安装于保温层散热铝板中部，所述定位销直径为5mm，采用一端直头，一端半圆头，直头与保温层散热铝板采用紧配合，半圆头便于安装，两颗销子防止打印过程中受外力打印头窜动。
11.作为优选的，所述光固化电路板为环形结构，所述光固化电路板采用单层pcb板。
12.作为优选的，所述光固化电路板背面有正负焊点，便于接线。
13.作为优选的，所述uv光源采用2835型405m波长球面光源，额定功率为0.2w,该紫外光源发热量小，低发热量不会对打印材料造成影响，紫外光均匀发散，确保打印时照射均匀。
14.作为优选的，所述针筒温控块和保温层散热铝板之间的间隙由导热胶填充，所述针筒温度传感器与开孔之间的间隙由导热胶填充，确保检测温度准确在精度误差内。
15.作为优选的，所述针筒温度传感器采用高精度温度传感器，精度为0.1℃，实时监测针筒温度。
16.作为优选的，所述保温层外壳为弧形保温层。
17.作为优选的，所述高强度磁铁块规格为30mmx10mmx5mm。
18.本实用新型的使用方法包括以下步骤，
19.1.从内到外安装光固化装置，将焊有uv光源的光固化电路板穿过光固化光环内壳顶部止口，光固化连接板压紧光固化电路板顶部，用螺栓拧紧到固化光环内壳上。检查无松动无旋转后，再整体穿过针头，用光固化外壳压紧穿螺栓固定到保温层底板上。
20.2.将安装光固化装置的打印头通过保温层散热铝板与快速更换连接板对吸上，快速更换连接板直接安装在打印机z轴模组上。光固化打印装置通过与上位机连接，上位机根据打印材料设定所需电流值，点击运行，控制光固化uv光源强度，开始打印。
21.3.在上位机设定所需打印温度值，点击运行，温度值通过温度控制器控制半导体开始工作，同时散热风扇运转，温度传感器反馈实时温度给控制器，温度控制器通过pid算法控制半导体升降温，直到温度达到设定的目标值。
22.相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：
23.1、集成光固化装置不需换打印头，直接光固化，节约空间，缩小成本，且光固化强度可调。
24.2、可快速更换打印头装置，采用高强度对吸，快速更换打印头，节约打印时间，同时多个打印头共用一套更换装置，节约成本
25.3、高精度温度控制采用新型刺片和风道设计，温度控制采用pid算法，硬件采用国外半导体和高精度传感器，实现精度
±
0.1℃。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型的整体结构示意图；
28.图2为图1中沿a
‑
a线的剖视图；
29.图3为图1中沿b
‑
b线的剖视图。
30.附图标记：
31.1 针筒
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2 保温层顶板
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3 保温层顶板固定孔
32.4 保温层外壳
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5 针筒固定装置
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6 环形针筒温控块
33.7 保温层底板
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8 光固化电路板固定板
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9 光固化外壳
34.10 光固化固定螺钉
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11 光固化光环内壳
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12 针头
35.13 光固化连接板
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14 uv光源
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15 光固化电路板
36.16 散热风扇
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17 保温层散热铝板
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18 快速更换连接板
37.19 高强度磁铁块
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20 连接板固定开孔
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21 散热通道
38.22 针筒温控半导体
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23 针筒温度传感器
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24 定位销
39.25 散热刺片
具体实施方式
40.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.实施例
44.如图1、图2、图3所示，一种生物3d打印机多功能打印头装置，包括打印头装置本体，打印头装置本体包括光固化功能模块、温控功能模块、打印头快速更换装置、针筒1及针筒固定装置5。打印头快速更换装置与温控功能模块相连接，光固化功能模块安装在温控功能模块下侧，针筒1设置在温控功能模块内部。
45.打印头快速更换装置包含快速更换连接板18、定位销24及保温层散热铝板17。快速更换连接板18两侧内嵌有两块高强度磁铁块19，高强度磁铁块19上下开有为3mm沉头螺丝孔，用于固定到快速更换连接板18上，保温层散热铝板17在与快速更换连接板18相对应的位置上布置有高强度磁铁块19，在安装时采用异级相吸原理，保证完全贴合吸住。高强度磁铁块19规格为30mmx10mmx5mm。快速更换连接板18中上部开有3个连接板固定开孔20，连接板固定开孔20用于将整个打印头连接到打印机z轴模组上。定位销24安装于保温层散热铝板17中部，定位销24直径为5mm，采用一端直头，一端半圆头，直头与保温层散热铝板17采用紧配合，半圆头便于安装，两颗销子防止打印过程中受外力打印头窜动。
46.温控功能模块包括环形针筒温控块6、针筒温控半导体22、针筒温度传感器23、散热风扇16、散热刺片25、散热通道21、保温层外壳4、保温层顶板2及保温层底板7。保温层顶板2开设有保温层顶板固定孔3，保温层顶板固定孔3内设置有螺栓，保温层顶板2通过螺栓与保温层外壳4固定连接，保温层外壳4与保温层底板7通过螺栓固定连接，保温层外壳4为弧形保温层。所述保温层散热铝板17底部与保温层底板7可拆卸的连接，所述高强度磁铁块19与保温层顶板2可拆卸的连接。环形针筒温控块6设置在保温层外壳4内部，针筒1安装在环形针筒温控块6内部，且间隙为0.1mm，确保加热或制冷针筒传递效率，针筒1右顶部开有深10mm孔，中间开有通孔。针筒温控半导体22共四块，均布安装在针筒温控块6和保温层散热铝板17之间，两者之间的间隙由导热胶填充。环形针筒温控块6顶部设置有开孔，针筒温度传感器23安装于开孔中，针筒温度传感器23采用高精度温度传感器，精度为0.1℃，实时监测针筒温度，针筒温度传感器23与开孔之间的间隙由导热胶填充，确保检测温度准确在精度误差内。保温层顶板开设有散热通道21，散热风扇16安装在保温层散热铝板17外侧，散热刺片25设置在保温层散热铝板17中部。工作时，外部冷风通过散热风扇16吹响整个散热铝板17，热量经由散热刺片25从散热通道21带出，从而使得整个针筒1、散热铝板17与针筒温控半导体22热循环达到一个平衡，维持需要的设定温度。
47.光固化功能模块包括uv光源14、光固化电路板15、光固化光环内壳11、光固化外壳9、光固化电路板固定板8。光固化内壳11设置在光固化外壳9内部，光固化光环外壳9起支撑
光固化电路板15作用，光固化光环外壳9均布4个螺纹孔，螺纹孔用于连接光固化电路板固定板8，光固化电路板15设置于光固化环外壳9与光固化电路板固定板8之间，在安装时螺栓穿过光固化环外壳9、光固化电路板固定板8、保温层底板7与保温层外壳4固定连接，从而压紧光固化电路板15。光固化光环内壳11顶部设有止口及光固化固定螺钉10，止口与光固化固定螺钉10之间设置有光固化连接板13，用于固定光固化电路板15。光固化电路板15穿过止口，光固化连接板13压紧光固化电路板15顶部，光固化固定螺钉10压紧光固化连接板13，光固化固定螺钉10与固化光环内壳11相连接，从而固定光固化电路板15。光固化电路板15为环形，光固化电路板15采用单层pcb板，uv光源14共8个，uv光源14采用2835型405m波长球面光源，额定功率为0.2w,该紫外光源发热量小，低发热量不会对打印材料造成影响，紫外光均匀发散，确保打印时照射均匀。8个uv光源14均布在光固化电路板15的底面且与光固化电路板15串联焊接，这样的结构能确保电流相同，发光量、发热量相同，照射均匀，光固化电路板15背面有正负焊点，便于接线，光固化电路板15外部采用可调电流模块控制输入电流，可根据需要调整实时电流大小。光固化光环内壳11内部为通孔，通孔用于穿过针头12，光固化光环内壳11外部为渐变环形，用于在uv光源14照射下形成均匀光环。
48.针筒固定装置5安装在保温层外壳4外侧，针筒固定装置5穿过保温层外壳4和环形针筒温控块6，用于锁死针筒1。
49.本实用新型的使用方法包括以下步骤，
50.(a)从内到外安装光固化装置，将焊有uv光源的光固化电路板15穿过光固化光环内壳11顶部止口，光固化连接板13压紧光固化电路板15顶部，用螺栓拧紧到固化光环内壳11上。检查无松动无旋转后，再整体穿过针头12，用光固化外壳9压紧穿螺栓固定到保温层底板7上。
51.(b)将安装光固化装置的打印头通过保温层散热铝板17与快速更换连接板18对吸上，快速更换连接板18直接安装在打印机z轴模组上。光固化打印装置通过与上位机连接，上位机根据打印材料设定所需电流值，点击运行，控制光固化uv光源14强度，开始打印。
52.(c)在上位机设定所需打印温度值，点击运行，温度值通过温度控制器控制半导体22开始工作，同时散热风扇16运转，温度传感器23反馈实时温度给控制器，温度控制器通过pid算法控制半导体升降温，直到温度达到设定的目标值。
53.本实用新型的有益效果为：
54.1、集成光固化装置不需换打印头，直接光固化，节约空间，缩小成本，且光固化强度可调。
55.2、可快速更换打印头装置，采用高强度对吸，快速更换打印头，节约打印时间，同时多个打印头共用一套更换装置，节约成本
56.3、高精度温度控制采用新型刺片和风道设计，温度控制采用pid算法，硬件采用国外半导体和高精度传感器，实现精度
±
0.1℃。
57.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。