智能監控3D列印的噴頭工作狀態的方法、應用和裝置與流程

2023-08-09 13:06:12 2

本發明涉及一種3d列印工藝、應用和裝置，特別是涉及一種智能3d列印工藝、應用和裝置，應用於增材製造技術領域。

背景技術：

近年來，3d列印技術逐漸融入到人們的日常生活中來。3d列印技術是一種以數字模型文件為基礎，通過逐層疊加的方式製造三維物體的的快速成型技術。其在工業設計、醫療航空、精密製造、生物製造等領域得到了廣泛的應用。

水凝膠材料是當前應用廣泛的一種新型生物醫用材料，該材料具有很好的生物相容性，可以用於和人組織接觸，廣泛應用於生物醫藥、組織工程和生物3d列印領域。同時水凝膠材料在藥物控釋、細胞培養等領域也有著很重要的應用。採用在自組裝水凝膠中加入生物活性基因的方法在再生醫學領域已經發揮了很重要的作用。並且水凝膠材料來源豐富，價格低廉。水凝膠是一種以水為分散介質的凝膠，因此在實際使用中經過混合後的水凝膠材料均具有導電性。水凝膠材料在生物製造領域的研究越來越重要，但是這類材料在列印過程中容易發生溶脹，變形，成形比較困難，亟待找到列印的解決方案，其中噴頭部分的設計是關鍵之一。

在水凝膠材料的3d列印的過程中，噴頭出料正常是確保列印質量的很重要一個環節，若出料不正常會造成噴頭阻塞，噴嘴處易形成膨脹的液滴，如果不及時對供料機構進行調整，將會嚴重影響列印質量，甚至導致列印失敗。傳統的監測主要是通過人眼是去識別出料是否正常，監測難度較大，因此這就對水凝膠材料列印形態的智能監控提出了要求，開發一種監控3d列印的噴頭工作狀態的方法和裝置成為亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術問題，本發明的目的在於克服已有技術存在的不足，提供一種智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法、應用和裝置，滿足了水凝膠等材料的3d列印對於提高列印成功率的需求，構建了智能監控3d列印形態放入方法和裝置結構，能實時監測列印過程，若列印過程中出現錯誤及時進行調整，使得智能監控噴頭出料情況成為可能，提高列印成功率，製造出符合既定要求的3d列印產品。

為達到上述發明創造目的，本發明採用下述技術方案：

一種智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法，在3d印表機的噴頭的噴嘴前沿位置處設置具有缺口的噴頭監測迴路，並使噴頭監測迴路的缺口不構成阻擋噴嘴正常出料的障礙；在噴頭監測迴路中接入led發光器件，並設置光敏傳感器件，光敏傳感器件實時檢測led發光器件的發光狀態信號，向主控制器發送採集信號；主控制器根據接收的信號進行計算和信號處理，通過控制3d印表機的供料裝置，調節3d印表機的噴頭的出料狀態；當光敏傳感器件感應到led發光器件發光時，主控制器判斷噴頭監測迴路導通，並得出在噴頭的噴嘴前沿位置處已經形成膨脹的導電液滴的結論，識別出噴頭進行出料時出現故障異常狀態，此時主控制器發出控制信號控制供料裝置，使在噴頭的噴嘴前沿位置處形成的膨脹的導電液滴消失，排除3d印表機的故障工作狀態，使3d列印工作正常進行。

一種本發明智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法的應用，能面向水凝膠材料3d列印工作進行智能監控。

一種面嚮導電凝膠材料3d列印的智能監控系統，主要包括cpu控制單元、3d印表機的供料裝置和噴頭以及電源端，供料裝置的出料口與噴頭的管腔進口相連通，cpu控制單元控制供料裝置的供料工作，供料裝置通過噴頭進行出料工作，電源端為各電子器件進行供電，智能監控系統還包括傳感裝置，傳感裝置將採集到的噴頭的出料狀態信息向cpu控制單元傳輸，傳感裝置主要由噴頭監測迴路、led燈、光敏傳感器模塊和電源端組成，而噴頭監測迴路包括接地端電路和傳感工作電路兩部分組成，其中接地端電路的一端與接地端相連，接地端電路的另一端設置在3d印表機的噴頭的噴嘴位置處形成第一開路端，而傳感工作電路的一端與電源端電相連，傳感工作電路的另一端設置在3d印表機的噴頭的噴嘴位置處形成第二開路端，led燈設置於噴頭監測迴路中作為光電元件，接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端以非接觸的形式設置在3d印表機的噴頭的噴嘴位置處，在接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端之間形成一個電路斷開的迴路缺口，若且唯若3d印表機的噴頭的噴嘴前沿位置處形成膨脹的導電液滴時，並且當接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端同時與導電液滴浸潤時，則使接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端發生電連接，進而使噴頭監測迴路在接地端和電源端之間形成導電通路，從而使噴頭監測迴路形成線路閉合導電工作電路，此時led燈則發光；光敏傳感器模塊和led燈安裝在一起，光敏傳感器模塊的信號輸出端與cpu控制單元的對應信號端連接，光敏傳感器模塊向cpu控制單元發送實時信號，cpu控制單元通過計算和分析，得出結果並發出控制指令，對供料裝置的供料工作進行控制，光敏傳感器模塊用來檢測led燈是否發光，進而檢測判斷噴頭監測迴路是否導通，當光敏傳感器模塊感應到led燈發光時，cpu控制單元判斷噴頭監測迴路導通，並得出在噴頭的噴嘴前沿位置處已經形成膨脹的導電液滴的結論，識別出噴頭進行出料時出現故障，此時cpu控制單元發出控制信號控制供料裝置，使在噴頭的噴嘴前沿位置處形成的導電液滴消失，排除3d印表機的故障工作狀態，使3d列印工作正常進行。

作為本發明的一種優選技術方案，led燈設置於傳感工作電路中作為光電元件。

作為本發明的另一種優選技術方案，led燈設置於接地端電路中作為光電元件。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，光敏傳感器模塊以非接觸形式設置於靠近led燈設置，並使的光敏傳感器模塊感應端朝向led燈的出光方向。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，設有調節裝置，調節裝置分別與cpu控制單元和供料裝置信號連接，cpu控制單元通過控制調節裝置，對供料裝置進行驅動控制，進而控制噴頭的出料工作。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，cpu控制單元採用stm32單片機。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，供料裝置採用氣壓擠出、液壓擠出或電機擠出方式，驅動擠出裝置進行供料。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，在3d印表機的噴頭的噴嘴前沿位置處，接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端圍繞噴頭的噴嘴前沿面對面按照180°角度間隔設置，接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端的間距大於噴頭的噴嘴的內徑尺寸，使接地端電路和傳感工作電路的兩個開路端不構成阻擋噴嘴正常出料的障礙。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

1.本發明提供一種面向水凝膠材料列印形態智能監控的3d列印噴頭構建方法通過對於噴頭出料過程的實時監測，相比較與傳統的人眼監測，精確度更高；

2.本發明使用電信號來作為控制調節信號，比傳統的人工調節方法速度更快，實時性更好；

3.本發明提出一種面向水凝膠材料列印形態智能監控的3d列印噴頭構建方法採用模塊化設計，易於集成，使用方便；

4.本發明針對水凝膠材料3d列印過程中對於提高列印質量的需求，提出了一種智能監控出料情況並且實時調控的3d列印噴頭構建方法，通過噴頭監測迴路實時監測列印過程，如果出現故障發送信號給cpu單元及時調整，從而提高列印質量，列印出符合既定要去的產品。

附圖說明

圖1為本發明實施例一面嚮導電凝膠材料3d列印的智能監控系統的結構示意圖。

圖2為本發明實施例一的噴頭監測迴路處於電路導通狀態的供料故障狀態示意圖。

圖3為本發明實施例一智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法的邏輯控制示意圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例詳述如下：

實施例一：

在本實施例中，參見圖1～3，一種面嚮導電凝膠材料3d列印的智能監控系統，主要包括cpu控制單元1、3d印表機的供料裝置3和噴頭11以及電源端10，cpu控制單元1採用stm32單片機，供料裝置3的出料口與噴頭11的管腔進口相連通，cpu控制單元1控制供料裝置3的供料工作，供料裝置3通過噴頭11進行出料工作，電源端10為各電子器件進行供電，智能監控系統還包括傳感裝置，傳感裝置將採集到的噴頭11的出料狀態信息向cpu控制單元1傳輸，傳感裝置主要由噴頭監測迴路4、led燈9、光敏傳感器模塊5和電源端10組成，而噴頭監測迴路4包括接地端電路6和傳感工作電路7兩部分組成，其中接地端電路6的一端與接地端8相連，接地端電路6的另一端設置在3d印表機的噴頭11的噴嘴位置處形成第一開路端，而傳感工作電路7的一端與電源端10電相連，傳感工作電路7的另一端設置在3d印表機的噴頭11的噴嘴位置處形成第二開路端，led燈9設置於噴頭監測迴路4中作為光電元件，接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端以非接觸的形式設置在3d印表機的噴頭11的噴嘴位置處，在接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端之間形成一個電路斷開的迴路缺口，若且唯若3d印表機的噴頭11的噴嘴前沿位置處形成膨脹的導電液滴12時，並且當接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端同時與導電液滴12浸潤時，則使接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端發生電連接，進而使噴頭監測迴路4在接地端8和電源端10之間形成導電通路，從而使噴頭監測迴路4形成線路閉合導電工作電路，此時led燈9則發光；光敏傳感器模塊5和led燈9安裝在一起，光敏傳感器模塊5的信號輸出端與cpu控制單元1的對應信號端連接，光敏傳感器模塊5向cpu控制單元1發送實時信號，cpu控制單元1通過計算和分析，得出結果並發出控制指令，對供料裝置3的供料工作進行控制，光敏傳感器模塊5用來檢測led燈9是否發光，進而檢測判斷噴頭監測迴路4是否導通，當光敏傳感器模塊5感應到led燈9發光時，cpu控制單元1判斷噴頭監測迴路4導通，並得出在噴頭11的噴嘴前沿位置處已經形成膨脹的導電液滴12的結論，識別出噴頭11進行出料時出現故障，此時cpu控制單元1發出控制信號控制供料裝置3，使在噴頭11的噴嘴前沿位置處形成的導電液滴12消失，排除3d印表機的故障工作狀態，使3d列印工作正常進行。

在本實施例中，參見圖1和圖2，led燈9設置於傳感工作電路7中作為光電元件，使led燈9設置於電源端10和第二開路端之間。光敏傳感器模塊5以非接觸形式設置於靠近led燈9設置，並使的光敏傳感器模塊5感應端朝向led燈9的出光方向。設有調節裝置2，調節裝置2分別與cpu控制單元1和供料裝置3信號連接，cpu控制單元1通過控制調節裝置2，對供料裝置3進行驅動控制，進而控制噴頭11的出料工作。供料裝置3採用氣壓擠出、液壓擠出或電機擠出方式，驅動擠出裝置進行供料。

在本實施例中，參見圖1和圖2，在3d印表機的噴頭11的噴嘴前沿位置處，接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端圍繞噴頭11的噴嘴前沿面對面按照180°角度間隔設置，接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端的間距大於噴頭11的噴嘴的內徑尺寸，使接地端電路6和傳感工作電路7的兩個開路端不構成阻擋噴嘴正常出料的障礙。

在本實施例中，參見圖1～3，光敏傳感器模塊5和led燈9安裝在一起，用來檢測迴路是否導通。光敏傳感器模塊5作為輸入接cpu控制單元1，將檢測到的信息傳給cpu控制單元1。cpu控制單元1與調節裝置2相連，根據從光敏傳感器模塊5採集到的信號，控制調節裝置2。控制調節裝置2與供料裝置3相連接，對供料裝置進行調節，供料裝置3與噴頭11相連接，控制出料情況。

在本實施例中，參見圖1～3，利用本實施例面嚮導電凝膠材料3d列印的智能監控系統，進行智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法，在3d印表機的噴頭11的噴嘴前沿位置處設置具有缺口的噴頭監測迴路4，並使噴頭監測迴路4的缺口端分別接在3d列印頭噴嘴處，噴頭監測迴路4的缺口端不構成阻擋噴嘴正常出料的障礙；通過在噴頭監測迴路4中接入led發光器件，並設置光敏傳感器件，光敏傳感器件實時檢測led發光器件的發光狀態信號，向主控制器stm32單片機發送採集信號；stm32單片機根據接收的信號進行計算和信號處理，通過控制3d印表機的供料裝置3，調節3d印表機的噴頭11的出料狀態；當光敏傳感器件感應到led發光器件發光時，stm32單片機判斷噴頭監測迴路4導通，並得出在噴頭11的噴嘴前沿位置處已經形成膨脹的導電液滴12的結論，識別出噴頭11進行出料時出現故障異常狀態，此時stm32單片機發出控制信號控制供料裝置3，使在噴頭11的噴嘴前沿位置處形成的膨脹的導電液滴12消失，排除3d印表機的故障工作狀態，使3d列印工作正常進行。

在本實施例中，參見圖1～3，使用本實施例智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法製備模型，包括如下步驟：

a.使用stm32單片機作為cpu控制單元1，使用氣壓擠出作為供料裝置3，使用注射器作為噴頭11，將供料裝置3的出氣孔與注射器的入口連接並且密封，將兩根導線分別固定在注射器噴嘴兩邊，如圖1和圖2所示，超出注射器噴嘴的部分剝去導線外包皮，形成兩個非接觸的觸點，其中一根導線接地，另一根導線與led燈9相連，形成噴頭監測迴路4，led燈9連接到cpu控制單元1的電源端10，將光敏傳感器模塊5設置好工作模式，與led燈9放在一起，調節裝置2由氣壓調節旋鈕和步進電機組成；

b.稱取0.4g的海藻酸鈉naalg，將其與9.6g的去離子水混合，在常溫下攪拌10分鐘直到完全溶解，形成水凝膠a；

c.將在步驟b中製備的水凝膠a裝入在步驟a中採用的注射器中；

d.將注射器安裝到桌面3d印表機上，將要列印的模型信息導入3d印表機；

e.開始列印，待3d印表機正常工作後，手動將氣壓調小，此時出料出現故障，速度很慢，噴嘴處出現膨脹的導電液滴12，接觸到導線迴路中的兩個觸點，使噴頭監測迴路4導通，led燈9被點亮，光敏傳感器模塊5檢測到led燈9的發光信號，cpu控制單元1發出信號，控制調節裝置2，增大氣壓，導電液滴12消失，列印正常進行，列印出預期模型。

本實施例針對水凝膠材料3d列印過程中對於提高列印質量的需求，採用智能監控出料情況並且實時調控的3d列印噴頭構建方法。該系統包括了噴頭監測迴路4、cpu控制單元1、光敏傳感器模塊5、調節裝置2、供料裝置3。通過噴頭監測迴路4實時監測列印過程，如果出現故障發送信號給cpu單元1及時調整，從而提高列印質量，列印出符合既定要去的產品。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於：

在本實施例中，led燈9設置於接地端電路6中作為光電元件，使led燈9設置於接地端8和第一開路端之間。當噴嘴處出現膨脹的導電液滴12，接觸到導線迴路中的兩個觸點，使第一開路端和第二開路端電連接，使噴頭監測迴路4導通，led燈9被點亮，光敏傳感器模塊5檢測到led燈9的發光信號，cpu控制單元1發出信號，控制調節裝置2，增大氣壓，導電液滴12消失，列印正常進行，列印出預期模型。本實施例通過噴頭監測迴路4實時監測列印過程，如果出現故障發送信號給cpu單元1及時調整，從而提高列印質量，列印出符合既定要去的產品。

實施例三：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在於：

在本實施例中，供料裝置3採用液壓擠出方式，驅動擠出裝置進行供料，採用液壓擠出方式，裝置結構承力性強，擠壓力大，3d列印製造的列印堆積層的密實度高。

上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限於上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明智能監控3d列印的噴頭工作狀態的方法、應用和裝置的技術原理和發明構思，都屬於本發明的保護範圍。