一种基于3D打印技术批量制备环形结构的设备及其方法

一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备及其方法
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备及其方法。


背景技术：

2.环形结构是一种截面为圆形的环状结构，由于其独特的外型结构特性，在材料制备、食品加工和生物医学中得到广泛的应用。
3.目前现有制备环形结构的设备及方法为通过液环制备系统利用3d打印技术在液相中生成液体环，并结合立体光固化成型法实现固态环的制备。
4.然而现有设备只能制备单个的固态环，不能批量化制备生成固态环，工作效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备及其方法，旨在解决现有设备不能批量化制备生成固态环，工作效率低的问题。
6.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备，包括液环收集系统、平移控制系统和液环制备系统，所述平移控制系统设置于所述液环收集系统的一侧，所述液环制备系统设置于所述平移控制系统的一侧；
7.所述液环制备系统包括连接机构、连接板、电动旋转台、气缸、注射机构、光固化灯和相机；
8.所述连接机构设置于所述平移控制系统的一侧，所述连接板设置于所述连接机构的一侧，所述电动旋转台与所述连接板固定连接，并位于所述连接板底部，所述气缸与所述电动旋转台输出端固定连接，所述注射组件与所述气缸输出端固定连接，所述光固化灯与所述连接板固定连接，并位于所述连接板外侧壁，所述相机与所述连接板固定连接，并位于靠近所述光固化灯的一侧。
9.其中，所述连接机构包括固定板、拖链槽、正臂引拔滑板、钣金、拖链和电磁换向阀，所述固定板设置于所述平移控制系统顶部，所述拖链槽与所述固定板固定连接，并位于所述固定板顶部，所述正臂引拔滑板设置于所述平移控制系统输出端，所述钣金与所述正臂引拔滑板螺纹连接，并位于所述正臂引拔滑板的一侧，所述拖链与所述钣金螺纹连接，并位于所述拖链槽内，所述电磁换向阀与所述正臂引拔滑板固定连接，并与所述气缸连接，并位于所述正臂引拔滑板顶端。
10.其中，所述注射机构包括注射泵、输出软管、两个分散软管、针管安装板和两个针管，所述注射泵设置于所述液环收集系统底部，所述输出软管与所述注射泵输出端连通，所述针管安装板与所述气缸输出端固定连接，两个所述针管分别与所述针管安装板转动连接，均位于远离所述气缸的一侧，两个所述分散软管分别与所述输出软管连通，并分别与两个所述针管连通，均位于所述输出软管与所述针管之间。
11.其中，所述平移控制系统包括两个碳素钢支架、引拔臂、两个线性滑轨、两个同步
带轮、同步带、皮带压块、引拔臂电机和行星减速机，两个所述碳素钢支架分别设置于所述液环收集系统顶部，所述引拔臂左右两端分别与两个所述碳素钢支架顶端固定连接，两个所述线性滑轨分别与所述引拔臂固定连接，均位于所述引拔臂的一侧，两个所述同步带轮分别与所述引拔臂连接，均位于靠近所述线性滑轨的一侧，所述同步带套设于两个所述同步带轮的外侧壁，所述皮带压块与所述同步带固定连接，并与所述引拔臂滑动连接，所述引拔臂电机与所述引拔臂固定连接，且所述引拔臂电机输出端与所述同步带轮固定连接，所述行星减速机与所述引拔臂电机输出端固定连接。
12.其中，所述液环收集系统包括底板、液体槽、收集槽、两个直立升降机、两个z型杆件、四个轴承座、四个滑道压板和滑道，所述液体槽与所述底板固定连接，并位于所述底板顶部，所述收集槽与所述底板固定连接，并位于靠近所述液体槽的一侧，两个所述直立升降机分别与所述底板固定连接，均位于靠近所述收集槽的一侧，两个所述z型杆件分别与两个所述直立升降机输出端固定连接，四个所述轴承座分别与两个所述z型杆件固定连接，均位于远离所述直立升降机的一侧，四个所述滑道压板分别与四个所述轴承座固定连接，均位于远离所述z型杆件的一侧，所述滑道与四个所述滑道压板固定连接，并位于所述液体槽内侧壁。
13.第二方面，本发明提供了一种基于3d打印技术批量制备环形结构的方法，包括以下步骤：
14.s1在液体槽中加入外部粘性液体，静置排除液体槽中粘性液体内的气泡，注射针筒中加入含有光固化材料的内部液体，并将注射针筒安装在注射泵上；
15.s2打开电磁换向阀并让左端通电，让气缸的活塞杆处于伸出的状态，使针管伸到外部粘性液体液面以下，让针管的针头被外部粘性液体浸润，通过注射泵将注射针筒内的内部液体沿着输出软管和分散软管注入到针管内，直至排尽软管和针管内的空气；
16.s3电动旋转台带动针管旋转并达到匀速，注射泵按照预设的注液速率和注液量，将内部液体通过软管和旋转的针管均匀连续地挤出到液体槽中的外部粘性液体内形成曲面光滑的液体环形结构；
17.s4关闭注射泵和电动旋转台，使针管停止注液和旋转，同时使气缸的活塞杆处于收缩的状态，从而使针管上升到液面以上；
18.s5通过引拔臂电机驱动正臂引拔滑板在线性滑轨上滑动，进而带动针管向左平移75mm的距离并停下，使得光固化灯与液态环形结构处于同一水平线上，打开光固化灯，通过光固化灯固化液态环形结构，得到固态环。固化好的固态环沉入液体槽中，落到液体槽内的滑道上；
19.s6重复步骤s2至s5直到正臂引拔滑板到达左端的极限位置，生成一排10个固态环；
20.s7通过直立升降机带动z型杆件上升，z型杆件通过滑道压板和轴承座带动滑道上升，从而使滑道上的固态环与液槽中的外部液体相分离；
21.s8当滑道的底部与液体槽顶部平齐时，关闭靠近收集槽一侧的直立升降机电机，远离收集槽一侧的直立升降机电机带动滑道一侧继续上升至预设高度后，使得滑道倾斜，关闭远离收集槽一侧的直立升降机电机；
22.s9固态环通过倾斜的滑道滚入收集槽中。
23.本发明的一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备，通过所述气缸驱动所述注射机构进入液环收集系统的外部粘性液体液面以下，通过所述电动旋转台驱动所述注射机构转动，同时通过所述注射机构将内部液体注进外部粘性液体内形成液体环形结构，并通过所述平移控制系统带动所述注射机构移动，使得所述注射机构边注液、边旋转并在形成液体环形结构后进行平移，为下一液体环形结构的生成提供位置并带动所述光固化灯对当前得到的液体环形结构进行固化，得到固态环，以此实现对固态环的批量生产，解决了现有设备不能批量化制备生成固态环，工作效率低的问题。
附图说明
24.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。
25.图1是本发明提供的一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备的结构示意图。
26.图2是液环收集系统的结构示意图。
27.图3是平移控制系统的结构示意图。
28.图4是液环制备系统的结构示意图。
29.图5是本发明提供的一种基于3d打印技术批量制备环形结构的方法的流程图。
30.1-液环收集系统、2-平移控制系统、3-液环制备系统、4-连接机构、5-连接板、6-电动旋转台、7-气缸、8-注射机构、9-光固化灯、10-相机、11-固定板、12-拖链槽、13-正臂引拔滑板、14-钣金、15-拖链、16-电磁换向阀、17-注射泵、18-输出软管、19-分散软管、20-针管安装板、21-针管、22-碳素钢支架、23-引拔臂、24-线性滑轨、25-同步带轮、26-同步带、27-皮带压块、28-引拔臂电机、29-行星减速机、30-底板、31-液体槽、32-收集槽、33-直立升降机、34-z型杆件、35-轴承座、36-滑道压板、37-滑道、38-直线滑块、39-防撞支架、40-加强筋。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.请参阅图1至图4，第一方面，本发明提供一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备，包括液环收集系统1、平移控制系统2和液环制备系统3，所述平移控制系统2设置于所述液环收集系统1的一侧，所述液环制备系统3设置于所述平移控制系统2的一侧；
33.所述液环制备系统3包括连接机构4、连接板5、电动旋转台6、气缸7、注射机构8、光固化灯9和相机10；
34.所述连接机构4设置于所述平移控制系统2的一侧，所述连接板5设置于所述连接机构4的一侧，所述电动旋转台6与所述连接板5固定连接，并位于所述连接板5底部，所述气缸7与所述电动旋转台6输出端固定连接，所述注射组件与所述气缸7输出端固定连接，所述
光固化灯9与所述连接板5固定连接，并位于所述连接板5外侧壁，所述相机10与所述连接板5固定连接，并位于靠近所述光固化灯9的一侧。
35.在本实施方式中，通过所述连接机构4将所述连接板5连接在所述平移控制系统2上，通过所述连接板5为所述电动旋转台6提供安装条件，通过所述气缸7驱动所述注射机构8进入液环收集系统1的外部粘性液体液面以下，通过所述电动旋转台6驱动所述注射机构8转动，同时通过所述注射机构8将内部液体注进外部粘性液体内形成液体环形结构，并通过所述平移控制系统2带动所述注射机构8移动，使得所述注射机构8边注液、边旋转并在形成液体环形结构后进行平移，为下一液体环形结构的生成提供位置并带动所述光固化灯9对当前得到的液体环形结构进行固化，得到固态环，以此实现对固态环的批量生产，所述相机10为ccd相机，通过所述相机10可以观察挤出的液体环形结构的形状，当液体环形结构形状不符合要求时可以第一时间对所述注射机构8的挤出参数进行调整，解决了现有设备不能批量化制备生成固态环，工作效率低的问题。
36.进一步的，所述连接机构4包括固定板11、拖链槽12、正臂引拔滑板13、钣金14、拖链15和电磁换向阀16，所述固定板11设置于所述平移控制系统2顶部，所述拖链槽12与所述固定板11固定连接，并位于所述固定板11顶部，所述正臂引拔滑板13设置于所述平移控制系统2输出端，所述钣金14与所述正臂引拔滑板13螺纹连接，并位于所述正臂引拔滑板13的一侧，所述拖链15与所述钣金14螺纹连接，并位于所述拖链槽12内，所述电磁换向阀16与所述正臂引拔滑板13固定连接，并与所述气缸7连接，并位于所述正臂引拔滑板13顶端。所述注射机构8包括注射泵17、输出软管18、两个分散软管19、针管安装板20和两个针管21，所述注射泵17设置于所述液环收集系统1低部，所述输出软管18与所述注射泵17输出端连通，所述针管安装板20与所述气缸7输出端固定连接，两个所述针管21分别与所述针管安装板20转动连接，均位于远离所述气缸7的一侧，两个所述分散软管19分别与所述输出软管18连通，并分别与两个所述针管21连通，均位于所述输出软管18与所述针管21之间。
37.在本实施方式中，所述固定板11将所述拖链槽12固定在所述平移控制系统2上，所述拖链槽12为所述拖链15提供安装条件，所述正臂引拔滑板13与所述平移控制系统2的输出端连接，通过所述钣金14将所述拖链15与所述正臂引拔滑板13连接，通过所述电磁换向阀16控制所述气缸7的工作状态。所述注射泵17外接装有内部液体的注射针筒，所述注射泵17将注射针筒上的内部液体注进所述输出软管18上，所述分散软管19将所述输出软管18分流成两股并注进两个所述针管21内，两个所述针管21分别制备出两个液体环形结构。所述引拔臂电机28通电之后，带动所述同步带轮25转动，与所述同步带轮25啮合好的所述同步带26也随之转动。所述同步带26通过所述皮带压块带动所述正臂引拔滑板13移动，所述正臂引拔滑板13带动液环制备系统3平移移动。所述拖链15在所述拖链槽12上随着所述正臂引拔臂23的移动而弯曲延展。所述输出软管18和两个所述分散软管19形成py三通。
38.进一步的，所述平移控制系统2包括两个碳素钢支架22、引拔臂23、两个线性滑轨24、两个同步带轮25、同步带26、皮带压块27、引拔臂电机28和行星减速机29，两个所述碳素钢支架22分别设置于所述液环收集系统1顶部，所述引拔臂23左右两端分别与两个所述碳素钢支架22顶端固定连接，两个所述线性滑轨24分别与所述引拔臂23固定连接，均位于所述引拔臂23的一侧，两个所述同步带轮25分别与所述引拔臂23连接，均位于所述线性滑轨24的一侧，所述同步带26套设于两个所述同步带轮25的外侧壁，所述皮带压块27与所述同
步带26固定连接，并与所述引拔臂23滑动连接，所述引拔臂电机28与所述引拔臂23固定连接，且所述引拔臂电机28输出端与所述同步带轮25固定连接，所述行星减速机29与所述引拔臂电机28输出端固定连接。
39.在本实施方式中，所述碳素钢支架22与底板30可拆卸连接，两个所述碳素钢支架22分别将所述引拔臂23连接在所述液环收集系统1的所述底板30的顶部，并将所述引拔臂23的两侧固定，所述引拔臂23为所述皮带压块27提供滑动条件，为所述同步带轮25、所述引拔臂电机28和提供所述行星减速机29安装条件，所述引拔臂电机28用于驱动与其连接的所述同步带轮25转动，所述同步带26与所述同步带轮25啮合连接，从而驱动将其包围的所述同步带26转动，所述同步带26通过所述皮带压块27带动所述正臂引拔滑板13在所述线性滑轨24上滑动，所述行星减速机29用于对所述引拔臂电机28的输出转速进行减速，减缓所述正臂引拔滑板13的滑动速度。
40.进一步的，所述液环收集系统1包括底板30、液体槽31、收集槽32、两个直立升降机33、两个z型杆件34、四个轴承座35、四个滑道压板36和滑道37，所述液体槽31与所述底板30固定连接，并位于所述底板30顶部，所述收集槽32与所述底板30固定连接，并位于靠近所述液体槽31的一侧，两个所述直立升降机33分别与所述底板30固定连接，均位于靠近所述收集槽32的一侧，两个所述z型杆件34分别与两个所述直立升降机33输出端固定连接，四个所述轴承座35分别与两个所述z型杆件34固定连接，均位于远离所述直立升降机33的一侧，四个所述滑道压板36分别与四个所述轴承座35固定连接，均位于远离所述z型杆件34的一侧，所述滑道37与四个所述滑道压板36固定连接，并位于所述液体槽31内侧壁。
41.在本实施方式中，所述底板30为所述液体槽31、所述收集槽32、两个所述直立升降机33和两个所述碳素钢支架22提供安装条件，所述液体槽31内装有外部粘性液体，所述收集槽32用于收集固态环，两个所述直立升降机33用于驱动两个所述z型杆件34竖直移动，所述轴承座35将所述z型杆件34与所述滑道压板36连接，所述z型杆件34通过所述滑道压板36带动所述滑道37在所述液体槽31内滑动，所述滑道37用于放置固态环。
42.进一步的，所述平移控制系统2包括还包括多个直线滑块38，多个所述直线滑块38分别与所述引拔臂23滑动连接，并与所述正臂引拔滑板13固定连接，并位于靠近所述皮带压块27的一侧。
43.在本实施方式中，多个所述直线滑块38用于增加所述正臂引拔滑板13与所述线性滑轨24的接触面积，从而增加所述正臂引拔滑板13在滑动时的稳定性。
44.进一步的，所述平移控制系统2还包括两个防撞支架39，两个所述防撞支架39分别与所述引拔臂23固定连接，分别位于所述线性滑轨24的两侧。
45.在本实施方式中，两个所述防撞支架39用于限制所述正臂引拔滑板13在所述线性滑轨24上的滑动范围，避免所述正臂引拔滑板13从所述线性滑轨24上滑出。
46.进一步的，所述液环收集系统1还包括多个加强筋40，多个所述加强筋40分别与两个所述直立升降机33固定连接，均位于所述直立升降机33外侧壁。
47.在本实施方式中，多个所述加强筋40用于增加所述直立升降机33的硬度，从而避免所述直立升降机33在抬升所述滑道37时自身发生变形。
48.请参阅图5，第二方面，本发明提供了一种基于3d打印技术批量制备环形结构的方法，包括以下步骤：
49.s1在液体槽31中加入外部粘性液体，静置排除液体槽31中粘性液体内的气泡，注射针筒中加入含有光固化材料的内部液体，并将注射针筒安装在注射泵17上；
50.具体的，在液体槽31中加入外部粘性液体，静置排除液体槽31中粘性液体内的气泡。注射针筒中加入含有光固化材料的内部液体，并将注射针筒安装在注射泵17上，连接好软管和旋转式针管21，将旋转式针管21固定在气缸7的针管安装板20上。控制直立升降机33，让滑道37处于液槽底部的初始位。正臂引拔滑板13置于右端起始位置，开启ccd相机10，调整相机10的焦距和光圈，并调节好ccd相机10的角度，使得高速相机10能拍到清晰液环结构。
51.s2打开电磁换向阀16并让左端通电，让气缸7的活塞杆处于伸出的状态，使针管21伸到外部粘性液体液面以下，让针管21的针头被外部粘性液体浸润，通过注射泵17将注射针筒内的内部液体沿着输出软管18和分散软管19注入到针管21内，直至排尽软管和针管21内的空气；
52.具体的，打开电磁换向阀16并让左端通电，让气缸7活塞杆处于伸出的状态，使针管21伸到外部液体液面以下，让针头充分被液体浸润。打开注射泵17电源，调好注射泵17的参数，使注射针筒内的内部液体沿着软管注入到针管21内，从而排尽软管和出液针管21内的空气，使含有光固化材料的充满软管和旋转式针管21。
53.s3电动旋转台6带动针管21旋转并达到匀速，注射泵17按照预设的注液速率和注液量，将内部液体通过软管和旋转的针管21均匀连续地挤出到液体槽31中的外部粘性液体内形成曲面光滑的液体环形结构；
54.具体的，开启电动旋转台6的电源，使旋转台开始旋转，从而带动固定在安装板上的针管21旋转并达到匀速。注射泵17按照预设的注液速率和注液量，将含有光固化材料的内部液体通过软管和旋转的针管21均匀连续地挤出到液体槽31中的外相粘性液体内，边注液边旋转形成曲面光滑的液体环形结构。
55.s4关闭注射泵17和电动旋转台6，使针管21停止注液和旋转，同时使气缸7的活塞杆处于收缩的状态，从而使针管21上升到液面以上；
56.具体的，待生成液体环形结构后，关闭注射泵17和电动旋转台6，使针管21停止注液和旋转。同时打开电磁换向阀16并让右端通电，让气缸7活塞杆处于收缩的状态，从而使针管21上升到液面以上，此时针头脱离液槽中的液体。
57.s5通过引拔臂电机28驱动正臂引拔滑板13在线性滑轨24上滑动，进而带动针管21向左平移75mm的距离并停下，使得光固化灯9与液态环形结构处于同一水平线上，打开光固化灯9，通过光固化灯9固化液态环形结构，得到固态环。固化好的固态环沉入液体槽31中，落到液体槽31内的滑道37上；
58.具体的，打开引拔臂电机28电源，通过电机驱动正臂引拔滑板13移动，进而带动针管21向左平移75mm的距离并停下。此时光固化灯9正好与制备好的液态环形结构处于同一水平线上。打开光固化灯9，通过光固化灯9迅速固化之前形成好的液环，得到曲面光滑的环形密封结构。固化好的液环将沉入液体槽31中，落到液体槽31内的滑道37上。
59.s6重复步骤s2至s5直到正臂引拔滑板13到达左端的极限位置，生成一排10个固态环；
60.具体的，重复s2、s3、s4、s5的步骤直到滑板到达左端的极限位置，生成一排10个固
体环。
61.s7通过直立升降机33带动z型杆件34上升，z型杆件34通过滑道压板36和轴承座35带动滑道37上升，从而使滑道37上的固态环与液槽中的外部液体相分离；
62.具体的，到达左端极限位后，打开直立升降机33，通过直立升降机33带动固定的z型杆件34上升。上升的z型杆件34通过滑道压板36和轴承座35带动滑道37上升，从而使滑道37与液槽中的外部液体相分离。
63.s8当滑道37的底部与液体槽31顶部平齐时，关闭靠近收集槽32一侧的直立升降机33电机，远离收集槽32一侧的直立升降机33电机带动滑道37一侧继续上升至预设高度后，使得滑道37倾斜，关闭远离收集槽32一侧的直立升降机33电机；
64.具体的，当滑道37的底部刚好与液体槽31顶部平齐时，关闭直立升降机33电机-1，直立升降机33电机-2带动滑道37一侧继续上升，到达合适的高度后，关闭直立升降机33电机-2。滑道压板36通过轴承可以旋转一定的角度，从而使滑道37两端形成高度差，从而形成一定的坡度。
65.s9固态环通过倾斜的滑道37滚入收集槽32中。
66.具体的，生产好的固态环通过倾斜的滑道37慢慢地滚入液体槽31旁边的收集槽32中，从而达到将固态环与外部液体分离后并进行收集的目的。在步骤固态环通过倾斜的滑道37滚入收集槽32中之后，所述方法还包括：使系统装置复位，可重新开始批量化制备环形结构。
67.有益效果：
68.1.本发明有益处在于提供了一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备及其方法，能够批量化制备环形结构并可以自动收集固态环形结构的装置与方法，可以大幅度提高生产线的自动化程度；
69.2、通过添加py三通y型连接头以及旋转式针管21，有效的提高了环形结构的制备效率。
70.3、通过添加平移单元带动液环制备单元在直线导轨上做往复移动，从而形成多组液环，提高了生产线的自动化程度。
71.4、通过添加直立升降机33与收集槽32。使滑道37上固化好的液环落入收集槽32，使固态环的收集过程更加自动化，提高了固态环的收集效率。
72.以上所揭露的仅为本发明一种基于3d打印技术批量制备环形结构的设备及其方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。