本發(fā)明涉及一種3d打印工藝、應(yīng)用和裝置，特別是涉及一種智能3d打印工藝、應(yīng)用和裝置，應(yīng)用于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，3d打印技術(shù)逐漸融入到人們的日常生活中來。3d打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層疊加的方式制造三維物體的的快速成型技術(shù)。其在工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療航空、精密制造、生物制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

水凝膠材料是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種新型生物醫(yī)用材料，該材料具有很好的生物相容性，可以用于和人組織接觸，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、組織工程和生物3d打印領(lǐng)域。同時(shí)水凝膠材料在藥物控釋、細(xì)胞培養(yǎng)等領(lǐng)域也有著很重要的應(yīng)用。采用在自組裝水凝膠中加入生物活性基因的方法在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了很重要的作用。并且水凝膠材料來源豐富，價(jià)格低廉。水凝膠是一種以水為分散介質(zhì)的凝膠，因此在實(shí)際使用中經(jīng)過混合后的水凝膠材料均具有導(dǎo)電性。水凝膠材料在生物制造領(lǐng)域的研究越來越重要，但是這類材料在打印過程中容易發(fā)生溶脹，變形，成形比較困難，亟待找到打印的解決方案，其中噴頭部分的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵之一。

在水凝膠材料的3d打印的過程中，噴頭出料正常是確保打印質(zhì)量的很重要一個(gè)環(huán)節(jié)，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(shí)對供料機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將會嚴(yán)重影響打印質(zhì)量，甚至導(dǎo)致打印失敗。傳統(tǒng)的監(jiān)測主要是通過人眼是去識別出料是否正常，監(jiān)測難度較大，因此這就對水凝膠材料打印形態(tài)的智能監(jiān)控提出了要求，開發(fā)一種監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法和裝置成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法、應(yīng)用和裝置，滿足了水凝膠等材料的3d打印對于提高打印成功率的需求，構(gòu)建了智能監(jiān)控3d打印形態(tài)放入方法和裝置結(jié)構(gòu)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測打印過程，若打印過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使得智能監(jiān)控噴頭出料情況成為可能，提高打印成功率，制造出符合既定要求的3d打印產(chǎn)品。

為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法，在3d打印機(jī)的噴頭的噴嘴前沿位置處設(shè)置具有缺口的噴頭監(jiān)測回路，并使噴頭監(jiān)測回路的缺口不構(gòu)成阻擋噴嘴正常出料的障礙；在噴頭監(jiān)測回路中接入led發(fā)光器件，并設(shè)置光敏傳感器件，光敏傳感器件實(shí)時(shí)檢測led發(fā)光器件的發(fā)光狀態(tài)信號，向主控制器發(fā)送采集信號；主控制器根據(jù)接收的信號進(jìn)行計(jì)算和信號處理，通過控制3d打印機(jī)的供料裝置，調(diào)節(jié)3d打印機(jī)的噴頭的出料狀態(tài)；當(dāng)光敏傳感器件感應(yīng)到led發(fā)光器件發(fā)光時(shí)，主控制器判斷噴頭監(jiān)測回路導(dǎo)通，并得出在噴頭的噴嘴前沿位置處已經(jīng)形成膨脹的導(dǎo)電液滴的結(jié)論，識別出噴頭進(jìn)行出料時(shí)出現(xiàn)故障異常狀態(tài)，此時(shí)主控制器發(fā)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(dǎo)電液滴消失，排除3d打印機(jī)的故障工作狀態(tài)，使3d打印工作正常進(jìn)行。

一種本發(fā)明智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法的應(yīng)用，能面向水凝膠材料3d打印工作進(jìn)行智能監(jiān)控。

一種面向?qū)щ娔z材料3d打印的智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括cpu控制單元、3d打印機(jī)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(jìn)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(jìn)行出料工作，電源端為各電子器件進(jìn)行供電，智能監(jiān)控系統(tǒng)還包括傳感裝置，傳感裝置將采集到的噴頭的出料狀態(tài)信息向cpu控制單元傳輸，傳感裝置主要由噴頭監(jiān)測回路、led燈、光敏傳感器模塊和電源端組成，而噴頭監(jiān)測回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(shè)置在3d打印機(jī)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(shè)置在3d打印機(jī)的噴頭的噴嘴位置處形成第二開路端，led燈設(shè)置于噴頭監(jiān)測回路中作為光電元件，接地端電路和傳感工作電路的兩個(gè)開路端以非接觸的形式設(shè)置在3d打印機(jī)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(gè)開路端之間形成一個(gè)電路斷開的回路缺口，當(dāng)且僅當(dāng)3d打印機(jī)的噴頭的噴嘴前沿位置處形成膨脹的導(dǎo)電液滴時(shí)，并且當(dāng)接地端電路和傳感工作電路的兩個(gè)開路端同時(shí)與導(dǎo)電液滴浸潤時(shí)，則使接地端電路和傳感工作電路的兩個(gè)開路端發(fā)生電連接，進(jìn)而使噴頭監(jiān)測回路在接地端和電源端之間形成導(dǎo)電通路，從而使噴頭監(jiān)測回路形成線路閉合導(dǎo)電工作電路，此時(shí)led燈則發(fā)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(yīng)信號端連接，光敏傳感器模塊向cpu控制單元發(fā)送實(shí)時(shí)信號，cpu控制單元通過計(jì)算和分析，得出結(jié)果并發(fā)出控制指令，對供料裝置的供料工作進(jìn)行控制，光敏傳感器模塊用來檢測led燈是否發(fā)光，進(jìn)而檢測判斷噴頭監(jiān)測回路是否導(dǎo)通，當(dāng)光敏傳感器模塊感應(yīng)到led燈發(fā)光時(shí)，cpu控制單元判斷噴頭監(jiān)測回路導(dǎo)通，并得出在噴頭的噴嘴前沿位置處已經(jīng)形成膨脹的導(dǎo)電液滴的結(jié)論，識別出噴頭進(jìn)行出料時(shí)出現(xiàn)故障，此時(shí)cpu控制單元發(fā)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(dǎo)電液滴消失，排除3d打印機(jī)的故障工作狀態(tài)，使3d打印工作正常進(jìn)行。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，led燈設(shè)置于傳感工作電路中作為光電元件。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選技術(shù)方案，led燈設(shè)置于接地端電路中作為光電元件。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，光敏傳感器模塊以非接觸形式設(shè)置于靠近led燈設(shè)置，并使的光敏傳感器模塊感應(yīng)端朝向led燈的出光方向。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)裝置，對供料裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，進(jìn)而控制噴頭的出料工作。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，cpu控制單元采用stm32單片機(jī)。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，供料裝置采用氣壓擠出、液壓擠出或電機(jī)擠出方式，驅(qū)動(dòng)擠出裝置進(jìn)行供料。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，在3d打印機(jī)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(gè)開路端圍繞噴頭的噴嘴前沿面對面按照180°角度間隔設(shè)置，接地端電路和傳感工作電路的兩個(gè)開路端的間距大于噴頭的噴嘴的內(nèi)徑尺寸，使接地端電路和傳感工作電路的兩個(gè)開路端不構(gòu)成阻擋噴嘴正常出料的障礙。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提供一種面向水凝膠材料打印形態(tài)智能監(jiān)控的3d打印噴頭構(gòu)建方法通過對于噴頭出料過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測，相比較與傳統(tǒng)的人眼監(jiān)測，精確度更高；

2.本發(fā)明使用電信號來作為控制調(diào)節(jié)信號，比傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)方法速度更快，實(shí)時(shí)性更好；

3.本發(fā)明提出一種面向水凝膠材料打印形態(tài)智能監(jiān)控的3d打印噴頭構(gòu)建方法采用模塊化設(shè)計(jì)，易于集成，使用方便；

4.本發(fā)明針對水凝膠材料3d打印過程中對于提高打印質(zhì)量的需求，提出了一種智能監(jiān)控出料情況并且實(shí)時(shí)調(diào)控的3d打印噴頭構(gòu)建方法，通過噴頭監(jiān)測回路實(shí)時(shí)監(jiān)測打印過程，如果出現(xiàn)故障發(fā)送信號給cpu單元及時(shí)調(diào)整，從而提高打印質(zhì)量，打印出符合既定要去的產(chǎn)品。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一面向?qū)щ娔z材料3d打印的智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的噴頭監(jiān)測回路處于電路導(dǎo)通狀態(tài)的供料故障狀態(tài)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法的邏輯控制示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：

實(shí)施例一：

在本實(shí)施例中，參見圖1～3，一種面向?qū)щ娔z材料3d打印的智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括cpu控制單元1、3d打印機(jī)的供料裝置3和噴頭11以及電源端10，cpu控制單元1采用stm32單片機(jī)，供料裝置3的出料口與噴頭11的管腔進(jìn)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(jìn)行出料工作，電源端10為各電子器件進(jìn)行供電，智能監(jiān)控系統(tǒng)還包括傳感裝置，傳感裝置將采集到的噴頭11的出料狀態(tài)信息向cpu控制單元1傳輸，傳感裝置主要由噴頭監(jiān)測回路4、led燈9、光敏傳感器模塊5和電源端10組成，而噴頭監(jiān)測回路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(shè)置在3d打印機(jī)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(shè)置在3d打印機(jī)的噴頭11的噴嘴位置處形成第二開路端，led燈9設(shè)置于噴頭監(jiān)測回路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(gè)開路端以非接觸的形式設(shè)置在3d打印機(jī)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(gè)開路端之間形成一個(gè)電路斷開的回路缺口，當(dāng)且僅當(dāng)3d打印機(jī)的噴頭11的噴嘴前沿位置處形成膨脹的導(dǎo)電液滴12時(shí)，并且當(dāng)接地端電路6和傳感工作電路7的兩個(gè)開路端同時(shí)與導(dǎo)電液滴12浸潤時(shí)，則使接地端電路6和傳感工作電路7的兩個(gè)開路端發(fā)生電連接，進(jìn)而使噴頭監(jiān)測回路4在接地端8和電源端10之間形成導(dǎo)電通路，從而使噴頭監(jiān)測回路4形成線路閉合導(dǎo)電工作電路，此時(shí)led燈9則發(fā)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(yīng)信號端連接，光敏傳感器模塊5向cpu控制單元1發(fā)送實(shí)時(shí)信號，cpu控制單元1通過計(jì)算和分析，得出結(jié)果并發(fā)出控制指令，對供料裝置3的供料工作進(jìn)行控制，光敏傳感器模塊5用來檢測led燈9是否發(fā)光，進(jìn)而檢測判斷噴頭監(jiān)測回路4是否導(dǎo)通，當(dāng)光敏傳感器模塊5感應(yīng)到led燈9發(fā)光時(shí)，cpu控制單元1判斷噴頭監(jiān)測回路4導(dǎo)通，并得出在噴頭11的噴嘴前沿位置處已經(jīng)形成膨脹的導(dǎo)電液滴12的結(jié)論，識別出噴頭11進(jìn)行出料時(shí)出現(xiàn)故障，此時(shí)cpu控制單元1發(fā)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(dǎo)電液滴12消失，排除3d打印機(jī)的故障工作狀態(tài)，使3d打印工作正常進(jìn)行。

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，led燈9設(shè)置于傳感工作電路7中作為光電元件，使led燈9設(shè)置于電源端10和第二開路端之間。光敏傳感器模塊5以非接觸形式設(shè)置于靠近led燈9設(shè)置，并使的光敏傳感器模塊5感應(yīng)端朝向led燈9的出光方向。設(shè)有調(diào)節(jié)裝置2，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)裝置2，對供料裝置3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，進(jìn)而控制噴頭11的出料工作。供料裝置3采用氣壓擠出、液壓擠出或電機(jī)擠出方式，驅(qū)動(dòng)擠出裝置進(jìn)行供料。

在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，在3d打印機(jī)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(gè)開路端圍繞噴頭11的噴嘴前沿面對面按照180°角度間隔設(shè)置，接地端電路6和傳感工作電路7的兩個(gè)開路端的間距大于噴頭11的噴嘴的內(nèi)徑尺寸，使接地端電路6和傳感工作電路7的兩個(gè)開路端不構(gòu)成阻擋噴嘴正常出料的障礙。

在本實(shí)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，用來檢測回路是否導(dǎo)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(diào)節(jié)裝置2相連，根據(jù)從光敏傳感器模塊5采集到的信號，控制調(diào)節(jié)裝置2?？刂普{(diào)節(jié)裝置2與供料裝置3相連接，對供料裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，供料裝置3與噴頭11相連接，控制出料情況。

在本實(shí)施例中，參見圖1～3，利用本實(shí)施例面向?qū)щ娔z材料3d打印的智能監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法，在3d打印機(jī)的噴頭11的噴嘴前沿位置處設(shè)置具有缺口的噴頭監(jiān)測回路4，并使噴頭監(jiān)測回路4的缺口端分別接在3d打印頭噴嘴處，噴頭監(jiān)測回路4的缺口端不構(gòu)成阻擋噴嘴正常出料的障礙；通過在噴頭監(jiān)測回路4中接入led發(fā)光器件，并設(shè)置光敏傳感器件，光敏傳感器件實(shí)時(shí)檢測led發(fā)光器件的發(fā)光狀態(tài)信號，向主控制器stm32單片機(jī)發(fā)送采集信號；stm32單片機(jī)根據(jù)接收的信號進(jìn)行計(jì)算和信號處理，通過控制3d打印機(jī)的供料裝置3，調(diào)節(jié)3d打印機(jī)的噴頭11的出料狀態(tài)；當(dāng)光敏傳感器件感應(yīng)到led發(fā)光器件發(fā)光時(shí)，stm32單片機(jī)判斷噴頭監(jiān)測回路4導(dǎo)通，并得出在噴頭11的噴嘴前沿位置處已經(jīng)形成膨脹的導(dǎo)電液滴12的結(jié)論，識別出噴頭11進(jìn)行出料時(shí)出現(xiàn)故障異常狀態(tài)，此時(shí)stm32單片機(jī)發(fā)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(dǎo)電液滴12消失，排除3d打印機(jī)的故障工作狀態(tài)，使3d打印工作正常進(jìn)行。

在本實(shí)施例中，參見圖1～3，使用本實(shí)施例智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法制備模型，包括如下步驟：

a.使用stm32單片機(jī)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并且密封，將兩根導(dǎo)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?nèi)?dǎo)線外包皮，形成兩個(gè)非接觸的觸點(diǎn)，其中一根導(dǎo)線接地，另一根導(dǎo)線與led燈9相連，形成噴頭監(jiān)測回路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(shè)置好工作模式，與led燈9放在一起，調(diào)節(jié)裝置2由氣壓調(diào)節(jié)旋鈕和步進(jìn)電機(jī)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中制備的水凝膠a裝入在步驟a中采用的注射器中；

d.將注射器安裝到桌面3d打印機(jī)上，將要打印的模型信息導(dǎo)入3d打印機(jī)；

e.開始打印，待3d打印機(jī)正常工作后，手動(dòng)將氣壓調(diào)小，此時(shí)出料出現(xiàn)故障，速度很慢，噴嘴處出現(xiàn)膨脹的導(dǎo)電液滴12，接觸到導(dǎo)線回路中的兩個(gè)觸點(diǎn)，使噴頭監(jiān)測回路4導(dǎo)通，led燈9被點(diǎn)亮，光敏傳感器模塊5檢測到led燈9的發(fā)光信號，cpu控制單元1發(fā)出信號，控制調(diào)節(jié)裝置2，增大氣壓，導(dǎo)電液滴12消失，打印正常進(jìn)行，打印出預(yù)期模型。

本實(shí)施例針對水凝膠材料3d打印過程中對于提高打印質(zhì)量的需求，采用智能監(jiān)控出料情況并且實(shí)時(shí)調(diào)控的3d打印噴頭構(gòu)建方法。該系統(tǒng)包括了噴頭監(jiān)測回路4、cpu控制單元1、光敏傳感器模塊5、調(diào)節(jié)裝置2、供料裝置3。通過噴頭監(jiān)測回路4實(shí)時(shí)監(jiān)測打印過程，如果出現(xiàn)故障發(fā)送信號給cpu單元1及時(shí)調(diào)整，從而提高打印質(zhì)量，打印出符合既定要去的產(chǎn)品。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于：

在本實(shí)施例中，led燈9設(shè)置于接地端電路6中作為光電元件，使led燈9設(shè)置于接地端8和第一開路端之間。當(dāng)噴嘴處出現(xiàn)膨脹的導(dǎo)電液滴12，接觸到導(dǎo)線回路中的兩個(gè)觸點(diǎn)，使第一開路端和第二開路端電連接，使噴頭監(jiān)測回路4導(dǎo)通，led燈9被點(diǎn)亮，光敏傳感器模塊5檢測到led燈9的發(fā)光信號，cpu控制單元1發(fā)出信號，控制調(diào)節(jié)裝置2，增大氣壓，導(dǎo)電液滴12消失，打印正常進(jìn)行，打印出預(yù)期模型。本實(shí)施例通過噴頭監(jiān)測回路4實(shí)時(shí)監(jiān)測打印過程，如果出現(xiàn)故障發(fā)送信號給cpu單元1及時(shí)調(diào)整，從而提高打印質(zhì)量，打印出符合既定要去的產(chǎn)品。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：

在本實(shí)施例中，供料裝置3采用液壓擠出方式，驅(qū)動(dòng)擠出裝置進(jìn)行供料，采用液壓擠出方式，裝置結(jié)構(gòu)承力性強(qiáng)，擠壓力大，3d打印制造的打印堆積層的密實(shí)度高。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明智能監(jiān)控3d打印的噴頭工作狀態(tài)的方法、應(yīng)用和裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。