[发明专利]一种生物3D打印机的压电喷头及其工作方法

权利要求书

1.一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，包括喷头主体（1），所述喷头主体（1）内部设有喷头内腔（11），所述喷头主体（1）的顶部设有喷头压盖（2），所述喷头主体（1）和喷头压盖（2）之间设有压电驱动装置（3），所述喷头主体（1）的底部连接有与所述喷头内腔（11）连通的喷嘴组件，所述喷头主体（1）的侧壁上设有与所述喷头内腔（11）连通的进料孔（4），所述喷头内腔（11）呈倒锥形，所述喷嘴组件内部的流道为流线型，所述进料孔（4）靠近所述喷头内腔（11）的一端设有节流孔（41）。

2.根据权利要求1所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述喷头压盖（2）和喷头主体（1）通过螺钉紧固连接，并通过密封圈将压电驱动装置（3）压紧密封。

3.根据权利要求1或2所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述压电驱动装置（3）为采用单层或双层压电陶瓷与单层金属膜片复合而成的压电驱动膜片。

4.根据权利要求1所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述喷嘴组件包括喷嘴（5）、喷嘴固定环（6）和喷嘴螺母（7），所述喷头主体（1）的底部设有喷嘴固定位，所述喷嘴固定位的内侧壁上设有螺纹，所述喷嘴固定环（6）与所述喷嘴（5）上部固定连接，所述喷嘴固定环（6）置于所述喷嘴固定位中，所述喷嘴螺母（7）从所述喷嘴（5）下端套设在所述喷嘴（5）上，所述喷嘴螺母（7）与所述喷嘴固定位内侧壁上的螺纹配合将所述喷嘴固定环（6）及喷嘴（5）压紧密封。

5.根据权利要求4所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述喷嘴（5）由玻璃材质制成，且所述喷嘴（5）的内表面经过疏水处理。

6.根据权利要求1所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述喷头内腔（11）的纵向截面的收敛角α介于60~90°之间。

7.根据权利要求1所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述节流孔（41）的深度为L，节流孔（41）的孔径为d，所述节流孔（41）的径深比d/L介于1/6~1/3之间。

8.根据权利要求1所述的一种生物3D打印机的压电喷头，其特征在于，所述压电驱动装置（3）包括圆形压电片，所述喷头内腔（11）的顶部与底部之间的距离为所述圆形压电片外径的1/2~1，

和/或，所述喷嘴组件的长度与喷头内腔（11）的顶部和底部之间距离之和不超过所述圆形压电片的外径。

9.一种生物3D打印机的压电喷头的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1. 开启生物3D打印机的电源，使得压电喷头处于待工作状态；

S2. 通过进料孔（4）向喷头主体（1）内部的喷头内腔（11）中注入液体打印材料；

S3. 待喷头内腔（11）中注满液体打印材料后，向压电驱动装置（3）施加驱动波形信号；

S4. 在驱动波形信号的驱动下，压电驱动装置（3）正向变形产生正向喷射压力，喷射压力推挤喷头内腔（11）中的液体打印材料向下流动并突出喷嘴（5）末端；

S5. 在驱动波形信号的驱动下，压电驱动装置（3）回缩，喷头内腔（11）中的压力下降并拉动液体打印材料反向流动，在压降和液体打印材料表面张力的作用下迫使步骤S4中突出喷嘴（5）末端的液体打印材料产生颈缩并断裂形成椭球形液滴；

S6. 步骤S5中得到的椭球形液滴向下飞行，随着椭球形液滴继续飞行，在表面张力的作用下最终形成球形微液滴，最终落在打印平台上；

S7. 重复步骤S2到S6，直至打印作业完成。

10.根据权利要求9所述的一种生物3D打印机的压电喷头的工作方法，其特征在于，所述步骤S3中，向压电驱动装置（3）施加的驱动波形信号为梯形波或矩形波。