一种基于重力势能制备液体弹珠的3D打印装置

一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置
技术领域
1.本发明涉及液体弹珠制备技术领域，特别是涉及一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置。


背景技术：

2.液体弹珠(liquidmarble)是一类具有较好疏水性的不润湿微液滴系统。作为一种新型软固体物质，液体弹珠的液滴内核能够在微/纳米级疏水颗粒包裹下维持类球形，在多种固/液载体表面甚至液体内部均可展现出良好的运动性、弹性和稳定性。得益于独特的物化性质，液体弹珠可以承载功能粒子、微量试剂以及细胞等进行快速分析，现如今被广泛用作微型生化反应容器和传感器，应用前景广阔。
3.目前获得液体弹珠多采用手动振荡结构，更适合用于实验室级别的少量制备，而对于液体弹珠的批量化制备而言，现有装置的结构复杂，制备流程冗长，操作不便。因此，用于液体弹珠按需制备的装置仍有不足。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有装置的不足，本发明的目的在于提供一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，旨在解决现有的制备液体弹珠的装置结构复杂，操作不便的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，包括底座、斜轨和收集结构，所述底座上设有至少一条连接轨道；所述斜轨设于所述底座上，所述斜轨与所述底座之间形成的夹角大于0
°
；并且所述斜轨上设有用于制备液体弹珠的至少一条制备轨道，所述制备轨道与所述连接轨道的一端对接；所述收集结构设于所述底座上；所述收集结构上设有至少一条收集轨道，所述收集轨道与所述连接轨道的另一端对接；并且，所述收集轨道背离所述连接轨道的一端高于所述连接轨道所在的平面。
7.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述底座上设有支撑架；所述收集结构包括转轴部和弧形收集部，所述转轴部与所述支撑架铰接，所述弧形收集部可以以所述转轴部为轴转动，所述收集轨道设于所述弧形收集部上。
8.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置还包括贮存结构，所述贮存结构设于所述底座上；当所述收集轨道背离所述连接轨道的一端转动至所述连接轨道所在的平面时，所述贮存结构与所述收集结构对接；所述贮存结构上设有收纳槽，用于与所述收集轨道对接。
9.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述底座上设有卡口；所述弧形收集部上设有至少一个定位卡凸；所述定位卡凸与所述卡口卡接，用于限位所述弧形收集部。
10.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述转轴部的侧面设有旋钮。
11.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述收集轨道朝向所述连接轨道的一端设有防倒回槽口，所述防倒回槽口的宽度值小于所述液体弹珠的直径值。
12.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述底座上设有安装槽和伸缩支撑柱，所述斜轨一侧设于所述安装槽内，与所述底座铰接，另一侧与所述伸缩支撑柱连接；所述伸缩支撑柱可沿垂直于所述底座的方向伸缩，用于带动所述斜轨在所述安装槽内转动。
13.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述底座包括主体和与所述主体可拆卸连接的平承接轨，所述连接轨道设于所述平承接轨上；并且所述平承接轨一侧与所述斜轨对接，另一侧与所述收集结构对接。
14.所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，所述平承接轨包括弹性缓冲部，所述弹性缓冲部与所述斜轨接触。
15.本技术还公开了一种用于如上任一所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的使用方法，其中，所述方法包括：
16.提供一底座，并在所述底座上安装斜轨；
17.在所述斜轨上铺装疏水颗粒；
18.将液滴滴在所述斜轨上，借助重力势能实现所述液滴的滚动，利用所述液滴跟所述疏水颗粒的自发性组装过程制备液体弹珠；
19.通过连接轨道将所述液体弹珠导向收集结构，并由收集轨道对所述液体弹珠进行收集。
20.与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
21.本发明公开的3d打印轨道在底座上设置斜轨，斜轨与底座之间形成夹角，夹角的角度大于0
°
，在斜轨上提前铺设疏水性微粒，例如二氧化硅(sio2)、聚四氟乙烯(ptfe)等，然后利用液滴的重力势能，使液滴从斜轨上滚下，液滴滚动时表面接触并粘附疏水性微粒，最终在制备轨道的末端液滴被疏水性微粒包裹，形成液体弹珠，随后液体弹珠借助重力势能转化的动能继续滚动，通过连接轨道进入到收集轨道内，而收集轨道背离连接轨道的一端较高，所以液体弹珠在收集轨道内的运动是一个上升过程，速度逐渐减缓，从而在保持结构完整，减少碰撞的同时缓慢停下，实现在收集结构内的收集，从而完成液体弹珠的完整制备过程；总的来说，本发明公开的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置结构简单，制备操作简便，有利于准确地操控液体弹珠的平行制备和收集。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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。
23.图1为本发明中基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的结构示意图；
24.图2为本发明中基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的结构爆炸图；
25.图3为本发明中基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的俯视图；
26.图4为图3中沿aa`方向的截面图；
27.图5为本发明中基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的使用方法的流程图。
28.其中，100、底座；110、连接轨道；120、支撑架；130、安装槽；140、伸缩支撑柱；150、主体；160、平承接轨；161、弹性缓冲部；200、斜轨；210、制备轨道；300、收集结构；310、收集轨道；311、防倒回槽口；320、转轴部；321、旋钮；330、弧形收集部；331、定位卡凸；400、贮存结构；410、收纳槽。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
30.参阅图1，本发明申请的一实施例中，公开了一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，包括底座100、斜轨200和收集结构300，所述底座100上设有至少一条连接轨道110；所述斜轨200设于所述底座100上，所述斜轨200与所述底座100之间形成的夹角大于0
°
；并且所述斜轨200上设有用于制备液体弹珠的至少一条制备轨道210，所述制备轨道210与所述连接轨道110的一端对接；所述收集结构300设于所述底座100上；所述收集结构300上设有至少一条收集轨道310，所述收集轨道310与所述连接轨道110的另一端对接；并且，所述收集轨道310背离所述连接轨道110的一端高于所述连接轨道110所在的平面。
31.本实施例公开的3d打印轨道在底座100上设置斜轨200，斜轨200与底座100之间形成夹角，夹角的角度大于0
°
，在斜轨200上提前铺设疏水性微粒，例如二氧化硅(sio2)、聚四氟乙烯(ptfe)等，然后利用液滴的重力势能，使液滴从斜轨200上滚下，液滴滚动时表面接触并粘附疏水性微粒，最终在制备轨道210的末端液滴被疏水性微粒包裹，形成液体弹珠随后液体弹珠借助重力势能转化的动能继续滚动，通过连接轨道110进入到收集轨道310内，而收集轨道310背离连接轨道110的一端较高，所以液体弹珠在收集轨道310内的运动是一个上升过程，速度逐渐减缓，从而在保持结构完整，减少碰撞的同时缓慢停下，实现在收集结构300内的收集，从而完成液体弹珠的制备过程；总的来说，本实施例公开的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置结构简单，制备操作简便，有利于准确地操控液体弹珠的平行制备和收集。
32.需要说明的是，本实施例中公开的底座100、斜轨200和收集结构300都可以通过3d打印制造而成，制造时必须使用疏水性较好的3d打印原料，防止液滴在滚动过程中粘附在轨道上，造成实验失败。
33.具体的，作为本实施例的一种实施方式，公开了所述斜轨200上还设有加速轨道(附图中未标出)，所述加速轨道与所述制备轨道210背离所述连接轨道110的一端对接。通过设置加速轨道提高液滴滚动距离，根据实际情况选择加速轨道和制备轨道210的长度，调整液滴的初始高度，以转化更多的重力势能，在经过制备轨道210时可以顺利通过，并完成液体弹珠的制备，避免出现液滴因为速度过小而停留在制备轨道210上的情况，提高液体弹珠的制备成功率。
34.如图1和图2所示，在本实施例的一种实施方式中所述制备轨道210设有两条或两条以上；所述连接轨道110也可以设有两条或两条以上；所述收集轨道310也可以设有两条
或两条以上。另外，如果设有加速轨道，加速轨道的数量与制备轨道210的数量匹配，也可以设置有两条或两条以上。通过设置多条轨道，可以形成多条相互独立的制备液体弹珠的平行生产线，从而提高基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的制备效率；另外，可以通过制造尺寸不同的多条制备轨道210、连接轨道110和收集轨道310，来进一步控制制备液体弹珠的性能参数，满足更多类型的液体弹珠的制备要求。
35.具体的，本实施例中公开的斜轨200与底座100之间的夹角角度为10-30
°
，夹角的角度不能过小，以防液滴停留在斜轨200上，夹角的角度大于或等于10
°
时，液滴可以克服斜轨200表面的摩擦力，顺利向下滚动，以便制备液体弹珠；夹角的角度小于或等于30
°
，以限制液滴滚动的加速度，防止液滴在斜轨200末端的速度太大而碰撞底座100，减小液体弹珠因碰撞而破坏的几率，另外，减小液体弹珠的最大滚动速度还方便缩短降速时间，便于快速完成收集。
36.如图2所示，作为本实施例的一种实施方式，公开了所述底座100上设有安装槽130和伸缩支撑柱140，所述斜轨200一侧设于所述安装槽130内，与所述底座100铰接，另一侧与所述伸缩支撑柱140连接；所述伸缩支撑柱140可沿垂直于所述底座100的方向伸缩，用于带动所述斜轨200在所述安装槽130内转动。本实施例中通过伸缩支撑柱140顶起斜轨200的一侧，使得斜轨200保持倾斜状态与底座100接触，从而方便从斜轨200的顶端释放液滴，通过重力势能制备液体弹珠；特别的，伸缩支撑柱140可以为弹簧，或者嵌套的多级调节的伸缩杆，并且斜轨200与底座100在安装槽130处铰接，从而可以在使用过程中根据需要调节斜轨200与底座100之间的夹角大小，以更加准确地控制液滴在斜轨200上滚动的时间、速度等，有利于制备出符合要求的液体弹珠。
37.再如图2所示，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述底座100包括主体150和与所述主体150可拆卸连接的平承接轨160，所述连接轨道110设于所述平承接轨160上；并且所述平承接轨160一侧与所述斜轨200对接，另一侧与所述收集结构300对接。将平承接轨160与主体150可拆卸装配，方便对连接轨道110进行更换，或者清洁维护。
38.具体的，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述平承接轨160包括弹性缓冲部161，所述弹性缓冲部161与所述斜轨200接触。当斜轨200与底座100倾斜对接时，对接处容易出现间隙，设置弹性缓冲部161，例如橡胶缓冲部、海绵缓冲部或者塑料缓冲部等等；第一，当斜轨200与弹性缓冲部161接触的时候，接触位置因为挤压而产生弹性形变，从而减小对接处的间隙，使得斜轨200与底座100的连接更加紧密，便于液体弹珠顺利从斜轨200滚动到连接轨道110上；第二，液体弹珠在斜轨200上加速后与底座100产生碰撞，弹性缓冲部161可以吸收部分冲击力，起到缓冲作用，防止液体弹珠受到碰撞而损坏；第三，如果斜轨200的角度可变，在斜轨200调整倾斜角度的时候，斜轨200与底座100接触的位置保持压力，使得制备轨道210始终与连接轨道110保持紧密对接，便于顺利收集液体弹珠。
39.具体的，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述底座100上设有支撑架120；所述收集结构300包括转轴部320和弧形收集部330，所述转轴部320与所述支撑架120铰接，所述弧形收集部330可以以所述转轴部320为轴转动，所述收集轨道310设于所述弧形收集部330上。本实施例中公开的收集结构300可以转动，从而改变收集轨道310两端的高度，当液体弹珠制备完成后，因为收集轨道310朝向连接轨道110的一端位置更低，所以暂时收集在收集轨道310上朝向连接轨道110的一端；需要取出液体弹珠时，可以转动转轴部320，带
动弧形收集部330转动，使得收集轨道310与连接轨道110对接的一端抬高，而背离连接轨道110的一端降低，此时液体弹珠因为位置升高而产生向下滚动的趋势，即朝向收集轨道310上背离连接轨道110的一端滚动，从收集轨道310的端部即可对液体弹珠进行收集，这种收集方式不需要借助其他工具，而且不需要另外手动接触液体弹珠，有利于保护液体弹珠的完整性，而且操作简单。
40.具体的，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述底座100与所述弧形收集部330接触的表面为弧形凹面；所述弧形收集部330朝向所述底座100的接触面为弧形接触面。设置弧形接触面与弧形凹面相对，使得转动弧形收集部330时更加顺畅，不会与底座100产生碰撞，减少摩擦。
41.如图1、图2和图3所示，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置还包括贮存结构400，所述贮存结构400设于所述底座100上；当所述收集轨道310背离所述连接轨道110的一端转动至所述连接轨道110所在的平面时，所述贮存结构400与所述收集结构300对接；所述贮存结构400上设有收纳槽410，用于与所述收集轨道310对接。在实际使用过程中，液体弹珠制备完成后暂存在收集结构300中，但后续需要转移，以便继续制备其他液体弹珠，所以另外设置贮存结构400，贮存结构400只需要朝向收集结构300设有开口，内部设有收纳槽410，将液体弹珠从收集轨道310转移到收纳槽410中，即完成转移。
42.具体的，本实施例中通过转动弧形收集部330使收集轨道310上背离连接轨道110的一端转动，直至与底座100上的贮存结构400对接，从而通过重力势能对液体弹珠进行二次加速，使之离开收集轨道310，进入贮存结构400，收集速度快，而且方便。
43.再如图1和2所示，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述底座100上设有卡口；所述弧形收集部330上设有至少一个定位卡凸331；所述定位卡凸331与所述卡口卡接，用于限位所述弧形收集部330。由上述可知，设置转动的弧形收集部330时可以通过二次加速液体弹珠直接进行转移，更快完成收集工作，而制备液体弹珠时如果弧形收集部330可转动，则容易使连接轨道110与收集轨道310错位，造成无法收集液体弹珠的情况出现，所以，设置定位卡凸331与卡口卡接，从而可以将弧形收集部330暂时与底座100固定住，使之保持静止，等到收集到液体弹珠之后，再通过人力拨动使定位卡凸331与卡口解锁，并转动，以收入贮存结构400中。而且，设置定位卡凸331与卡口配合还可以进行到位提醒，操作者将定位卡凸331转动到卡口内，则连接轨道110与收集轨道310对位完成，提示操作者不要继续转动，从而可以提高连接轨道110与收集轨道310对位的准确度。
44.需要说明的是，本实施例中公开的定位卡凸331和卡口只是定位方式的一种，这种方式结构简单，可以反复使用；在实际制造过程中，通过磁吸、过盈配合等方式也可以实现弧形收集部330在各个状态下的定位。
45.具体的，本实施例中公开的定位卡凸331可以沿着弧形收集部330的转动方向间隔设置多个，例如一个定位卡凸331用于连接轨道110与收集轨道310对接时，另一个定位卡凸331用于收集轨道310与贮存结构400对接时。
46.具体的，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述转轴部320的侧面设有旋钮321。设置旋钮321是为了方便操作者控制收集结构300，以反复转动转轴部320，带动弧形收集部330转动，交替与连接轨道110和贮存结构400对接。
47.如图3和图4所示，作为本实施例的另一种实施方式，公开了所述收集轨道310朝向所述连接轨道110的一端设有防倒回槽口311，所述防倒回槽口311的宽度值小于所述液体弹珠的直径值。在本实施例中公开的收集轨道310的末端高度高于前端，即液体弹珠在收集轨道310内降速收集，但是位置升高，可能产生回滚的问题，因此在收集轨道310朝向连接轨道110的一端设置防倒回槽口311，液体弹珠从连接轨道110冲向收集轨道310时速度快，动能大，所以，第一，即使防倒回槽口311的宽度值小于液体弹珠的直径值，也可以“挤入”收集轨道310内，并且在“挤入”过程中消耗掉部分动能，从而降低速度，方便收集；第二，液体弹珠在通过防倒回槽口311后，继续在收集轨道310内滚动，并且位置升高，通过摩擦和能量转换，逐渐动能降低为零，等到液体弹珠收到重力势能的影响朝向连接轨道110回滚时，其自身可以产生的动能不足以“挤过”防倒回槽口311，从而提高液体弹珠的收集效率。
48.如图5所示，作为本技术的另一实施例，公开了一种用于如上任一所述的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置的使用方法，其中，所述方法包括：
49.s100、提供一底座100，并在所述底座100上安装斜轨200；
50.s200、在所述斜轨200上铺装疏水颗粒；
51.s300、将液滴滴在所述斜轨200上，借助重力势能实现所述液滴的滚动，利用所述液滴跟所述疏水颗粒的自发性组装过程制备液体弹珠；
52.s400、通过连接轨道110将所述液体弹珠导向收集结构300，并由收集轨道310对所述液体弹珠进行收集。
53.综上所述，本技术公开了一种基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置，其中，包括底座100、斜轨200和收集结构300，所述底座100上设有至少一条连接轨道110；所述斜轨200设于所述底座100上，所述斜轨200与所述底座100之间形成的夹角大于0
°
；并且所述斜轨200上设有用于制备液体弹珠的至少一条制备轨道210，所述制备轨道210与所述连接轨道110的一端对接；所述收集结构300设于所述底座100上；所述收集结构300上设有至少一条收集轨道310，所述收集轨道310与所述连接轨道110的另一端对接；并且，所述收集轨道310背离所述连接轨道110的一端高于所述连接轨道110所在的平面。本实施例公开的3d打印轨道在底座100上设置斜轨200，斜轨200与底座100之间形成夹角，夹角的角度大于0
°
，在斜轨200上提前铺设疏水性微粒，然后借助液滴的重力势能，使液滴从斜轨200上滚下，使得液滴滚动时表面接触并吸附疏水性微粒，最终在制备轨道210的末端液滴被疏水性微粒包裹，形成液体弹珠，然后液体弹珠借助重力势能转化的动能继续滚动，通过连接轨道110进入到收集轨道310内，而收集轨道310背离连接轨道110的一端是更高的，所以液体弹珠在收集轨道310内的运动是一个上升过程，速度逐渐减缓，从而在保持结构完整，减少碰撞的同时顺利停在防倒回槽口311内，实现在收集结构300内的收集，从而完成单个液体弹珠的制备过程；总的来说，本实施例公开的基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置结构简单，制备操作方便，有利于准确地控制单个液体弹珠的制备和收集。
54.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
55.需要说明的是，本发明以基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置为例对本发明的具体结构及工作原理进行介绍，但本发明的应用并不以基于重力势能制备液体弹珠的3d打印装置为限，也可以应用到其它类似工件的生产和使用中。
56.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。