本发明专利技术设计了一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统与方法，涉及生物3D打印领域。所述系统包括气源处理模块、气压控制模块、供压泄压模块、反馈控制模块。其中气源处理模块实现提供稳定气压、逐级过滤、干燥和调压的功能，气压控制模块通过比例压力阀组实现多路气压的控制，相互独立互不干涉，供压泄压模块采用两组高速开关阀分别实现精确的供压和泄压功能，反馈控制模块通过上位机控制多功能信号采集卡实现对压力变送器信号的采集比较，最终实现对气体压力的控制。本发明专利技术采用多路气动独立控制，可保证生物挤出打印过程中多喷头挤出的实时启停，及时泄压，高速精确，为多喷头挤出打印生物实验提供了技术保障，并具有通用性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统与方法
[0001]本专利技术涉及组织工程中的生物3D打印
，特别涉及一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统与方法。
技术介绍
[0002]全世界每年都有极其庞大数量的人员遭受各种类型的伤害导致组织缺损，或者发生一些重大疾病从而需要进行器官移植，产生巨大的组织器官修复需求。尤其是对于终末期器官及组织修复领域，人体组织器官移植是现有最为常见的治疗方法。但由于组织器官供体短缺，受体免疫排斥反应，宗教、文化、政策等多重限制，亟需研发组织器官供体替代物。而组织工程的提出为解决上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者制备的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内，替换原有病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就是组织工程良好发展前景的有效例证。
[0003]近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。生物3D打印技术是可高度模拟具有自然组织特征的生物医学结构的制造手段，其以计算机三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅助等生物医学产品。生物3D打印技术是解决组织器官短缺的关键技术和必要途径。然而，人体器官组织结构复杂，材料组分多样，为了满足大尺寸复杂组织器官的制造需求，精准构建可移植器官组织，特别是对于肝脏等具有明显单元性结构的组织器官，3D打印平台需要满足多材料多喷头的协调打印等要求。所以，当前生物3D打印设备正朝着具有极高自由度、能在较大尺寸里实现多个喷头协同工作的方向发展。而在一个典型的多材料多喷头生物挤出打印设备中，要想实现多喷头的同步协调打印，尤为关键的部分就是气动挤出系统。为此，急需开发与多喷头打印系统相配套的气动挤出多路控制系统。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统及其方法，实现生物3D打印设备中所需任意多路气动挤出系统的气体清洁、气压反馈调节、供压和泄压等功能。
[0005]本专利技术首先提供了一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统，其特征在于，包括气源处理模块、气压控制模块、供压泄压模块、挤出喷头、反馈控制模块；其中，反馈控制模块包括N个气体流量计(18)、由N个压力变送器构成的变送器组(24)、多功能信号采集卡(21)、上位机(23)
[0006]所述气源处理模块(1)包括顺次连接的空气泵(2)、第一过滤器(3)、第二过滤器(4)、第三过滤器(5)、第四过滤器(6)和干燥器(7)，实现逐级过滤气体，达到生物挤出打印过程中的气源清洁度和干燥度要求；
[0007]所述气压控制模块包括气路板(11)和由N个比例压力阀组成的比例压力阀组(12)，气源处理模块(1)提供的气体通过气路板(11)分别通向N个比例压力阀，各比例压力阀由反馈控制模块独立控制；
[0008]所述供压泄压模块包括由N个第一高速开关阀组成的高速开关阀组
①
(13)、Y型接头(14)、由N个第二高速开关阀组成的高速开关阀组
②
(15)、T型接头(17)；
[0009]气体经过气压控制模块的N个比例压力阀组后分别连接N个第一高速开关阀，第一高速开关阀由反馈控制模块控制，控制方法为高低电平，其中高电平时打开，低电平时关闭，实现打印过程的实时供压；每个第一高速开关阀均通过一个Y型接头(14)分别连接一个第二高速开关阀和一个T型接头(17)，第二高速开关阀也由反馈控制模块控制，控制方法为高低电平，其中高电平时打开，低电平时关闭，实现打印过程所需的实时泄压，泄压时，第一高速开关阀处于关闭状态，第二高速开关阀打开，控制材料的挤出；
[0010]所述T型接头(17)一端连接变送器组(24)中的一个压力变送器，另一端连接一个气体流量计(18)和挤出喷头(19)，变送器组(24)所采集的压力值通过双多功能信号采集卡(21)在上位机(23)的控制下实现读入比较，从而实现各挤出喷头的气压闭环控制。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述比例压力阀组(12)包括N个比例压力阀，均通过电压模拟量控制，采用多个相同的多功能信号采集卡(21)，在上位机(23)控制下，实现N路模拟量输出控制。
[0012]作为本专利技术的优选方案，第一高速开关阀实现供压，供压时，第二高速开关阀处于关闭状态；第二高速开关阀实现泄压，泄压时，第一高速开关阀处于关闭状态；采用2个多功能信号采集卡(21)，一个多功能信号采集卡控制供压，另一个多功能信号采集卡控制泄压，供压、泄压过程分别由反馈控制模块独立控制，上位机能够识别不同功能的多功能信号采集卡。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述气路的数量N可以根据打印单元结构的复杂程度进行调整，调整采用将不使用的气路的比例压力阀或者第一高速开关阀的电压设置为零。
[0014]可选地，空气泵的压缩气体通过4个不同过滤等级的过滤器和干燥器实现逐级过滤达到生物挤出打印过程中的气源清洁度和干燥度要求，为整个系统提供高效清洁、压力稳定、干燥的气体。
[0015]作为本专利技术的优选方案，由比例压力阀(12)输出实际压力，由压力变送器(24)采集挤出喷头的实时压力，实际压力和实施压力均通过多功能信号采集卡采集，最终在上位机(23)控制下对实时压力与实际压力进行比较从而实现喷头气压的反馈控制。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述的第一高速开关阀和第二高速开关阀为二位二通阀。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述第二高速开关阀接入有消声器(16)，实现泄压时降低气体噪声的功能。
[0018]作为本专利技术的优选方案，在压力变送器(24)之后安装LED气体流量计(18)，当气体稳定后，流量计上显示数字为0。
[0019]本专利技术还提供了一种上述气动多路控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
[0020]气体经过气源处理模块(1)的四个过滤器逐渐提高过滤等级，再经干燥器干燥，达到所需气源清洁度和干燥度要求；
[0021]气源处理模块(1)过滤后的气体由气压控制模块、供压泄压模块协调控制，相互配合，从而实现多喷头挤出打印多种材料不同压力的实时需求，保证挤出打印连续可控，其中，通过控制不同挤出喷头的气体压力，实现调压功能，通过控制气体的通断，实现供压功能，通过控制气体的排出，实现泄压功能。
[0022]调压时，通过多功能信号采集卡(21)对比例压力阀组分别设置所需压力，在上位机的控制下，第一高速开关阀和第二高速开关阀相互配合，当喷头需要挤出时，第一高速开关阀打开，第二高速开关阀处于关闭状态，通过气体流量计观察管道气压是否处于稳定状态，若稳定，则开始挤出打印；当喷头需要停止挤出时，第一高速开关阀关闭，第二高速开关阀打开，实现及时泄压，通过气体流量计观察管道气压是否处于稳定状态，若稳定，则泄压完全；若不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统，其特征在于，包括气源处理模块、气压控制模块、供压泄压模块、挤出喷头、反馈控制模块；其中，反馈控制模块包括N个气体流量计(18)、由N个压力变送器构成的变送器组(24)、多功能信号采集卡(21)、上位机(23)所述气源处理模块(1)包括顺次连接的空气泵(2)、第一过滤器(3)、第二过滤器(4)、第三过滤器(5)、第四过滤器(6)和干燥器(7)，实现逐级过滤气体，达到生物挤出打印过程中的气源清洁度和干燥度要求；所述气压控制模块包括气路板(11)和由N个比例压力阀组成的比例压力阀组(12)，气源处理模块(1)提供的气体通过气路板(11)分别通向N个比例压力阀，各比例压力阀由反馈控制模块独立控制；所述供压泄压模块包括由N个第一高速开关阀组成的高速开关阀组
①
(13)、Y型接头(14)、由N个第二高速开关阀组成的高速开关阀组
②
(15)、T型接头(17)；气体经过气压控制模块的N个比例压力阀组后分别连接N个第一高速开关阀，第一高速开关阀由反馈控制模块控制，控制方法为高低电平，其中高电平时打开，低电平时关闭，实现打印过程的实时供压；每个第一高速开关阀均通过一个Y型接头(14)分别连接一个第二高速开关阀和一个T型接头(17)，第二高速开关阀也由反馈控制模块控制，控制方法为高低电平，其中高电平时打开，低电平时关闭，实现打印过程所需的实时泄压，泄压时，第一高速开关阀处于关闭状态，第二高速开关阀打开，控制材料的挤出；所述T型接头(17)一端连接变送器组(24)中的一个压力变送器，另一端连接一个气体流量计(18)和挤出喷头(19)，变送器组(24)所采集的压力值通过双多功能信号采集卡(21)在上位机(23)的控制下实现读入比较，从而实现各挤出喷头的气压闭环控制。2.根据权利要求1所述的多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统，其特征在于，所述比例压力阀组(12)包括N个比例压力阀，均通过电压模拟量控制，采用多个相同的多功能信号采集卡(21)，在上位机(23)控制下，实现N路模拟量输出控制。3.根据权利要求1所述的多喷头生物3D打印系统的气动多路控制系统，其特征在于，第一高速开关阀实现供压，供压时，第二高速开关阀处于关闭状态；第二高速开关阀实现泄压，泄压时，第一高速开关阀处于关闭状态；采用2个多功能信号采集卡(21)，一个多功能信号采集卡控制供压，另一个多功能信号采集卡控制泄压，供压、泄压过程分别由反馈控制模块独立控制，上位机能够识别不同功能的多功能信号采集卡。4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，李锦涛，洪昊岑，罗熠晨，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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