[发明专利]热熔搅拌挤压一体3D打印喷头及其工作流程

说明书

热熔搅拌挤压一体3D打印喷头及其工作流程，包括料筒、搅拌桨、活塞、气缸、伺服电机，料筒外具有加热桶；料筒为底部封口、顶部敞口结构，且其底部中心具有与针头连接的出料孔，其内腔的横截面为圆缺状；搅拌桨由伺服电机驱动，活塞为与料筒内腔相匹配的圆缺状，活塞与搅拌桨螺纹连接，且活塞具有与气缸活塞杆配合的限位孔；伺服电机驱动搅拌桨旋转，实现物料的搅拌，同时，活塞随搅拌桨旋转；气缸活塞杆伸入活塞的限位孔内，限制活塞周向运动，此时，伺服电机驱动搅拌桨旋转，活塞沿搅拌桨向下运动，实现物料的搅拌和挤压。采用本发明的喷头，其工艺环节的衔接均可在高温环境下进行，实施起来十分便利，具有广阔的市场空间。

技术领域

本发明涉及一种3D打印喷头，具体是热熔搅拌挤压一体3D打印喷头及其工作流程。

背景技术

组织工程的核心是建立由细胞和生物材料共同组成的三维空间结构并形成有生命力的活体组织，组织中的功能细胞进行增殖、分裂的同时生物材料搭建的三维支架逐渐降解，从而对病损组织进行形态、功能和结构的重建并形成永久性的器官替代物。

在组织工程支架的制备工艺中，熔融沉积式的3D打印技术是一种有效的技术手段，其使用原材料通常为颗粒材料或线状材料，使用时通过送料装置将线材送入打印机的加热喷嘴中，通过加热再喷头内将材料融化成液态，通过伺服驱动系统控制喷头按照既定路线移动，将液态材料按一定规律沉积到成型平台上，待材料冷却后恢复为固态。在组织工程支架领域内，热熔成型3D打印设备通常针对牙齿、骨骼等硬度较高的人体组织，所用材料多为熔点较高（40℃~300℃）的生物耗材。

目前在制备组织支架的过程中，熔融沉积式3D打印设备常用的耗材有PLA（聚乳酸）、PVA（聚乙烯醇）、PHA（聚羧基脂肪酸脂）等，其通常具有良好的力学性能和热稳定性，其熔点较高并且在一定温度下（80~120℃）为可以挤压成型的胶体材料。在生物支架的研究中通常会加入一些添加剂，如氧化纳米纤维素等，以达到改善材料生物相容性等特点。

在制备复合材料的过程中往往需要包括加热融化，添加添加剂，搅拌等工艺环节。由于此类材料往往具有极高的温敏性能，故此类工艺环节的衔接需要在高温环境下进行，具体实施起来存在一定的困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种热熔搅拌挤压一体3D打印喷头及其工作流程。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供热熔搅拌挤压一体3D打印喷头，其特征是，包括料筒、搅拌桨、活塞、气缸、伺服电机，所述料筒外具有加热桶；所述料筒为底部封口、顶部敞口结构，且其底部中心具有与针头连接的出料孔，其内腔的横截面为圆缺状；所述搅拌桨由伺服电机驱动，并穿过活塞伸入料筒内；所述活塞为与料筒内腔相匹配的圆缺状，所述活塞与搅拌桨螺纹连接，且所述活塞具有与气缸活塞杆配合的限位孔；所述伺服电机驱动搅拌桨旋转，实现物料的搅拌，同时，活塞位于料筒上方，并随搅拌桨旋转；将气缸活塞杆伸入活塞的限位孔内，限制活塞周向运动，此时，伺服电机驱动搅拌桨旋转，活塞沿搅拌桨向下运动进入料筒；活塞进入料筒后，料筒内腔的圆缺结构对其约束，使活塞继续下行，实现物料的搅拌和挤压。

进一步地，所述限位孔底部处设有磁片，该磁片的一侧与限位孔底部铰接；所述气缸活塞杆内部设有注料腔，该注料腔的顶部设有注料口，其底部设有出料口；气缸活塞杆下行，顶开限位孔处的磁片，通过活塞杆的注料腔向料筒内注料；气缸活塞杆上行，磁片在磁力作用下闭合限位孔。

进一步地，所述加热桶内设有放置料筒的加热腔，所述料筒外侧壁设有两个凸台，所述加热腔的腔壁相对两侧分别设有条形槽，所述条形槽沿加热腔底部竖直向上布置，其顶部沿加热腔周向延伸有1/4圆弧形槽，将料筒的两个凸台与两个条形槽对应，使料筒从底部进入加热腔，凸台到达条形槽顶部后旋转料筒，使两个凸台滑入对应的1/4圆弧形槽，将料筒定位。

进一步地，所述加热桶顶部设有上盖，所述上盖的中部设有机架，所述气缸、伺服电机安装于机架处。