[实用新型]一种生物3D打印机的压电喷头

说明书

本实用新型提供一种生物3D打印机的压电喷头。一种生物3D打印机的压电喷头，其中，包括喷头主体，所述喷头主体内部设有喷头内腔，所述喷头主体的顶部设有喷头压盖，所述喷头主体和喷头压盖之间设有压电驱动装置，所述喷头主体的底部可拆卸连接有与所述喷头内腔连通的喷嘴组件，所述喷头主体的侧壁上设有与所述喷头内腔连通的进料孔，所述喷头内腔呈倒锥形，所述喷嘴组件内部的流道为流线型，所述进料孔靠近所述喷头内腔的一端设有节流孔。本实用新型的压电喷头可以降低液体打印材料的流阻，降低能量损失，提高喷头的喷射能力，可以用于较高粘度的生物材料的打印，有效防止喷头堵塞及产生气泡的问题。

技术领域

本实用新型涉及3D打印设备技术领域，更具体地，涉及一种生物3D打印机的压电喷头。

背景技术

压电喷射是利用压电材料的逆压电原理，将电能转化为机械能并改变喷头腔内压力从而在喷嘴处形成液滴的一种技术，压电喷射按工作方式可分为连续式喷射和按需式喷射两种类型，连续式喷射是指喷头前端源源不断产生微液滴并利用后端的偏转电场和回收装置等实现对特定液滴的提取和放弃的一种喷射技术。按需式喷射技术则是根据特定控制控制信号的通断实现喷头的按需式喷射。常见的压电喷射以爱普生为代表在二维打印机上比较常见，无论在二维打印和3D打印的应用上喷嘴堵塞一直是一个难以克服的弊端。并且由于生物材料的粘度值较大，普通工业用压电喷头无法喷射粘度值超过20cps的生物材料。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种生物3D打印机的压电喷头。本实用新型的压电喷头可以降低液体打印材料的流阻，降低能量损失，提高喷头的喷射能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种生物3D打印机的压电喷头，其中，包括喷头主体，所述喷头主体内部设有喷头内腔，所述喷头主体的顶部设有喷头压盖，所述喷头主体和喷头压盖之间设有压电驱动装置，所述喷头主体的底部可拆卸连接有与所述喷头内腔连通的喷嘴组件，所述喷头主体的侧壁上设有与所述喷头内腔连通的进料孔，所述喷头内腔呈倒锥形，所述喷头内腔的纵向截面的收敛角α介于60°~90°之间，所述喷嘴组件内部的流道为流线型，所述进料孔靠近所述喷头内腔的一端设有节流孔。进料孔可以实时为喷头内腔补充液体打印材料，以保证喷头内腔中无气泡，进而保证压电喷头的压电喷射行为连续产生微液滴；进料孔上的节流孔的孔径比较小，液体打印材料在经过节流孔时遇到的流阻会较大，从而降低进料孔对喷射压力的卸载作用。喷头内腔设置为倒锥形是为了提高压电喷头对大粘度液体打印材料的喷射能力，更好的控制喷头内腔内压力的流向，最大程度的减小压力损失并将所有压力聚焦到喷嘴组件处。由于压电驱动装置位于喷头主体的顶部，喷嘴位于喷头主体的底部，喷头内腔的顶部与底部之间的距离和所使用的圆形压电片的直径有关，为了缩短压力波的传导距离，将这个长度设置为压电片外径的1/2~1；喷嘴组件内部的流道为流线型能够最大程度的减小液体打印材料的流阻，喷嘴组件的长度与喷头内腔的顶部和底部之间的距离之和不超过压电驱动装置的外径，且在这个范围内越短越好。

进一步的，所述喷头压盖和喷头主体通过螺钉紧固连接，并通过密封圈将压电驱动装置压紧密封，以保证不会漏压。

进一步的，所述压电驱动装置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。压电陶瓷是一种可以在电能和机械能之间相互转化的功能性材料，将机械能输入转化为电能输出称之为正压电效应，反之则称为逆压电效应，压电喷射就是利用了其逆压电效应。应用到压电喷射的压电陶瓷材料多为膜片状，当压电驱动膜片被特定波形的驱动信号驱动时就会产生特定方向的形变，把压电陶瓷复合到一层金属膜片上封装成压电驱动膜片，利用金属膜片把压电驱动膜片的形变量放大，可以提高压电驱动膜片的形变量。通过将压电驱动膜片安装到喷头主体上使得喷头内腔形成相对封闭的腔体，利用压电驱动膜片的瞬间形变在喷头内腔内形成周期性压力变化，从而推动喷头内腔内的液体打印材料产生周期性液滴微球。