一种PEEK颅骨修补片专用打印机

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，更具体地，涉及一种PEEK颅骨修补片专用打印机。

背景技术

目前市面上现有的3D打印机主要是通过X、Y、Z轴来驱动打印，X、Y轴的打印就像普通的二维打印机一样，打印出有一定厚度的平面，打印完一层之后通过Z轴移动，层层堆积，最终打印具有三维结构的立体实物。由于打印过程是层层堆积，所以一些悬臂结构的模型打印的过程中就可能会出现悬空打印的情况，需要预先打印支撑结构，这就造成了打印材料的浪费和打印时间的增加，打印完成后还需要对支撑进行后处理，容易损坏模型和增加模型表面粗糙度，另外，现有的FDM打印机打印存在精度问题，特别是打印孔结构时，打印出来的尺寸和设计尺寸差别较大，

PEEK颅骨修补片主要应用在外科颅骨缺损的修复手术上，可以通过数控铣床加工或者PEEK打印机(FDM)打印制备形成，现有的PEEK打印机都是基于XYZ三轴来驱动打印，而PEEK颅骨修补片往往是一种悬臂结构，需要打印支撑结构，因为PEEK颅骨修补片用于植入人体，处理支撑结构容易造成PEEK颅骨修补片表面粗糙或破损，植入人体后可能会造成一些不必要的生化反应，导致手术出现问题，而PEEK颅骨修补片也是一种多孔结构，传统的PEEK打印机打印孔结构时精度不够，容易导致PEEK颅骨修补片的尺寸有偏差，需要后期进一步加工，因此，开发一种PEEK颅骨修补片专用打印机很有必要。

发明内容

为克服上述的现有的PEEK打印机需要打印支撑结构，处理支撑结构容易造成PEEK颅骨修补片表面粗糙或破损，植入人体后可能会造成一些不必要的生化反应，以及打印PEEK颅骨修补片的孔结构时精度不够，需要后期进一步加工的问题，本发明提供一种PEEK颅骨修补片专用打印机。本发明能够打印出无支撑结构的PEEK颅骨修补片，无需处理支撑结构，并且能够对打印的PEEK颅骨修补片进一步钻孔加工。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种PEEK颅骨修补片专用打印机，其中，包括机体，设于所述机体中部的中底板，设于所述中底板上的旋转打印平台，设于所述中底板上并位于所述旋转打印平台上方的三轴运动平台，设于所述三轴运动平台上并用于在所述旋转打印平台上进行PEEK颅骨修补片打印和钻孔作业的打印钻孔模组，这样，在打印PEEK颅骨修补片时，可以随时调整旋转打印平台的角度，确保成型面始终在之前已经打印出的结构所支撑的水平面上，如此打印PEEK颅骨修补片就可以不需要打印支撑结构，避免了后期处理支撑结构可能对PEEK颅骨修补片造成损坏和增加表面粗糙的问题。同时，本发明在三轴运动平台上设置的是打印钻孔模组，也即在打印完PEEK颅骨修补片之后还能够对打印后的PEEK颅骨修补片进一步钻孔加工，PEEK颅骨修补片固定在成型面上，并且成型面角度可调，确保孔结构的成孔结构和设计结构之间的一致性。

进一步的，所述打印机还包括内部装载有控制元件的电柜，所述电柜设于所述中底板下方且所述控制元件分别与所述旋转打印平台、三轴运动平台以及打印钻孔模组连接。

进一步的，所述三轴运动平台包括设于所述中底板上的X轴运动组，设于所述X轴运动组上的Y轴运动组，以及设于所述Y轴运动组上的Z轴运动组，所述打印钻孔模组设于所述Z轴运动组上。

进一步的，所述Z轴运动组包括伺服电机，连接在所述伺服电机输出端的丝杆，固定设于所述丝杆两侧的导轨，穿设于所述丝杆上并与丝杆两侧的导轨相配合的滑块，连接于所述滑块上的固定板，固定设在所述固定板一侧面上的触发片，以及固定设在所述触发片上下两侧的光传感器；丝杆两侧的导轨可以使滑块沿丝杆运动的更稳定，滑块沿丝杆运动时能够带动固定板上下滑动，最终实现打印钻孔模组的上下移动，触发片与其上下两侧的光传感器相配合可以用来限位，限定打印钻孔模组上下移动的活动范围。所述打印钻孔模组包括固定设在所述固定板上的钻头和气缸，以及连接在所述气缸活塞杆上的PEEK打印头。PEEK打印头可以用来打印PEEK颅骨修补片，而钻头可以对打印完成以后的PEEK颅骨修补片进行钻孔，确保孔结构的尺寸统一；气缸可以在使用PEEK打印头的时候弹出，使用钻头的时候收回，确保PEEK打印头和钻头在使用过程中不会相互干涉。

进一步的，所述旋转打印平台包括安装底板，设在所述安装底板相对两端上的第一连接板和第二连接板，设于所述第一连接板和第二连接板上的摆动组件，设于所述摆动组件上的旋转组件，以及设于所述旋转组件一侧的钻孔固定装置。

进一步的，所述摆动组件包括设于所述第一连接板和第二连接板之间的摆动板，分别设于所述摆动板两端的第一摆动轴承和第二摆动轴承，所述第一连接板远离所述摆动板的一侧在与所述第一摆动轴承对应的位置设有第三摆动轴承，所述第一摆动轴承和第三摆动轴承通过穿设于所述第一连接板上的轴连接，以确保第一摆动轴承和第三摆动轴承可以进行协同摆动；所述第二连接板远离所述摆动板的一侧在与所述第二摆动轴承对应的位置设有第一皮带轮，所述第二摆动轴承和第一皮带轮通过穿设于所述第二连接板上的轴连接，所述第二连接板远离所述摆动板的一侧还设有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端通过第一电机皮带与所述第一皮带轮连接。第一步进电机可以带动第一皮带轮转动，第一皮带轮则可以带动第二摆动轴承摆动，从而带动摆动板、第一摆动轴承和第三摆动轴承一起摆动。采用单个步进电机连接多个连接部件并带动多个连接部件同步转动，可以实现摆动板以任何角度更精准的转动。

进一步的，所述旋转组件包括设于所述摆动板顶面侧的转盘，设于所述转盘上的旋转板，以及设于所述摆动板底面侧的第二皮带轮，所述转盘和第二皮带轮通过穿设于所述摆动板上的轴连接；还包括与第三摆动轴承固定连接的第二步进电机，所述第一连接板上设有U型滑槽，所述第二步进电机与第二皮带轮通过穿设于所述U型滑槽中的第二电机皮带连接，所述钻孔固定装置固定在所述旋转板顶面的一侧。第二步进电机转动时，可以通过第二电机皮带与第二皮带轮带动转盘转动，从而带动旋转板旋转。摆动板、第一摆动轴承和第三摆动轴承一起摆动时，整个旋转组件会跟随一起摆动，第二电机皮带穿设于U型滑槽中能够将动摆动板、第一摆动轴承和第三摆动轴承的摆动限定在U型滑槽范围内。

进一步的，所述钻孔固定装置包括设于所述旋转板顶面一侧的固定装置安装板，设于所述固定装置安装板上的夹紧模组，以及设于所述夹紧模组上的抓取固定模组。所述钻孔固定装置可以在打印头工作过程中收起，可以在钻头工作过程放下并靠近及固定打印好的PEEK颅骨修补片。

进一步的，所述夹紧模组包括设于所述固定装置安装板远离所述旋转板中心的一侧的夹紧电机，设于所述固定装置安装板靠近所述旋转板中心的一侧的转块、第一滑板和第二滑板，所述夹紧电机的输出轴穿过所述固定装置安装板与所述转块连接，所述转块两端分别通过第一转轮和第二转轮与所述第一滑板和第二滑板连接，所述第一滑板和第二滑板通过滑轨与所述固定装置安装板滑动连接，所述第一滑板和第二滑板之间设有滑杠，所述滑杠一端与所述第二滑板固定连接，另一端活动穿设于所述第一滑板上，且另一端上设有限位螺母，所述滑杠位于所述第一滑板和第二滑板之间的部分穿设有调节弹簧，所述抓取固定模组设于所述第一滑板和第二滑板上。夹紧电机转动时能够通过转块带动第一滑板和第二滑板沿着固定装置安装板滑动并相互靠近。

进一步的，所述抓取固定模组包括设于所述第一滑板靠近所述第二滑板这一侧的转动电机，设于所述第一滑板远离所述第二滑板这一侧并与所述转动电机的输出轴连接的第一夹爪，设于所述第二滑板远离所述第一滑板这一侧并与所述第二滑板转动连接的第二夹爪，所述第一夹爪靠近所述第二夹爪的这一侧设有滚珠轴承，所述第二夹爪靠近所述第一夹爪的这一侧设有一端与所述第二夹爪固定连接的连接杠，所述连接杠的另一端插设在所述滚珠轴承中，与所述滚珠轴承滚动配合。转动电机转动时，可以带动第一夹爪和第二夹爪在与固定装置安装板垂直的面内一起转动。夹紧电机带动第一滑板和第二滑板相互靠近，第一夹爪和第二夹爪也会相互靠近来夹取固定打印好的PEEK颅骨修补片，调节弹簧可以对第一夹爪和第二夹爪之间的夹紧力进行一定调节，第一夹爪和第二夹爪的夹持范围由滑杠上的限位螺母限制。

进一步的，所述中底板与所述电柜之间设有置物柜，可以用来放置工具；所述电柜一侧的机体上设有与所述控制元件连接的操作屏，可以方便对打印机进行操作；所述机体一侧设有材料架，可以放置PEEK打印的线材；所述机体底部设有滚轮，可以方便移动机体。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明设置了旋转打印平台，在打印PEEK颅骨修补片时，可以随时调整旋转打印平台的角度，确保成型面始终在之前已经打印出的结构所支撑的水平面上，如此打印PEEK颅骨修补片就可以不需要打印支撑结构，避免了后期处理支撑结构可能对PEEK颅骨修补片造成损坏和增加表面粗糙的问题。同时本发明还提供了钻孔装置，可以对打印的PEEK颅骨修补片进一步钻孔加工，钻孔装置配合旋转打印平台，确保成孔。

本发明设置了气缸来实现PEEK打印头和钻头的切换方案，避免了打印和钻孔作业的相互干涉。

本发明在旋转打印平台上设置了钻孔固定装置，钻孔固定装置可以在钻头钻孔的时候对PEEK颅骨修补片进行固定，保证钻孔时PEEK颅骨修补片位置保持不变，以确保成孔尺寸精度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中材料架在机体上的位置示意图。

图3是本发明中Z轴运动组和打印钻孔模组的结构示意图。

图4是本发明中旋转打印平台的结构示意图。

图5是图4中A向的正视图。

图6是本发明中钻孔固定装置的结构示意图。

图7是图6中B向的正视图。

图8是本发明的打印机打印出的PEEK颅骨修补片的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种PEEK颅骨修补片专用打印机，其中，包括机体1，设于所述机体1中部的中底板2，设于所述中底板2上的旋转打印平台3，设于所述中底板2上并位于所述旋转打印平台3上方的三轴运动平台，设于所述三轴运动平台上并用于在所述旋转打印平台3上进行PEEK颅骨修补片打印和钻孔作业的打印钻孔模组，以及设于所述中底板2下方且内部装载有控制元件的电柜4，所述控制元件分别与所述旋转打印平台3、三轴运动平台以及打印钻孔模组连接。这样，在打印PEEK颅骨修补片时，可以随时调整旋转打印平台3的角度，确保成型面始终在之前已经打印出的结构所支撑的水平面上，如此打印PEEK颅骨修补片就可以不需要打印支撑结构，避免了后期处理支撑结构可能对PEEK颅骨修补片造成损坏和增加表面粗糙的问题。同时，本发明在三轴运动平台上设置的是打印钻孔模组，也即在打印完PEEK颅骨修补片之后还能够对打印的PEEK颅骨修补片进一步钻孔加工，确保孔结构17的与设计时一致。

如图1所示，所述打印机还包括内部装载有控制元件的电柜4，所述电柜4设于所述中底板2下方且所述控制元件分别与所述旋转打印平台3、三轴运动平台以及打印钻孔模组连接。

如图1所示，所述三轴运动平台包括设于所述中底板2上的X轴运动组5，设于所述X轴运动组5上的Y轴运动组6，以及设于所述Y轴运动组6上的Z轴运动组7，所述打印钻孔模组设于所述Z轴运动组7上。

如图3所示，所述Z轴运动组7包括伺服电机71，连接在所述伺服电机71输出端的丝杆72，固定设于所述丝杆72两侧的导轨73，穿设于所述丝杆72上并与丝杆72两侧的导轨73相配合的滑块74，连接于所述滑块74上的固定板75，固定设在所述固定板75一侧面上的触发片76，以及固定设在所述触发片76上下两侧的光传感器77；丝杆72两侧的导轨73可以使滑块74沿丝杆72运动的更稳定，滑块74沿丝杆72运动时能够带动固定板75上下滑动，最终实现打印钻孔模组的上下移动，触发片76与其上下两侧的光传感器77相配合可以用来限位，限定打印钻孔模组上下移动的活动范围。所述打印钻孔模组包括固定设在所述固定板75上的钻头8和气缸9，以及连接在所述气缸9活塞杆上的PEEK打印头10。PEEK打印头10可以用来打印PEEK颅骨修补片，而钻头8可以对打印完成以后的PEEK颅骨修补片进行钻孔，确保尺寸统一，气缸9可以在使用PEEK打印头10的时候弹出，使用钻头8的时候收回，确保PEEK打印头10和钻头8在使用过程中不会相互干涉。

如图4和图5所示，所述旋转打印平台3包括安装底板31，设在所述安装底板31相对两端上的第一连接板32和第二连接板33，设于所述第一连接板32和第二连接板33上的摆动组件，设于所述摆动组件上的旋转组件，以及设于所述旋转组件一侧的钻孔固定装置311。

如图4和图5所示，所述摆动组件包括设于所述第一连接板32和第二连接板33之间的摆动板34，分别设于所述摆动板34两端的第一摆动轴承35和第二摆动轴承36，所述第一连接板32远离所述摆动板34的一侧在与所述第一摆动轴承35对应的位置设有第三摆动轴承37，所述第一摆动轴承35和第三摆动轴承37通过穿设于所述第一连接板32上的轴连接，以确保第一摆动轴承35和第三摆动轴承37可以进行协同摆动；所述第二连接板33远离所述摆动板34的一侧在与所述第二摆动轴承36对应的位置设有第一皮带轮38，所述第二摆动轴承36和第一皮带轮38通过穿设于所述第二连接板33上的轴连接，所述第二连接板33远离所述摆动板34的一侧还设有第一步进电机39，所述第一步进电机39的输出端通过第一电机皮带310与所述第一皮带轮38连接。第一步进电机39可以带动第一皮带轮38转动，第一皮带轮38则可以带动第二摆动轴承36摆动，从而带动摆动板34、第一摆动轴承35和第三摆动轴承37一起摆动。

如图4和图5所示，所述旋转组件包括设于所述摆动板34顶面侧的转盘312，设于所述转盘312上的旋转板313，以及设于所述摆动板34底面侧的第二皮带轮314，所述转盘312和第二皮带轮314通过穿设于所述摆动板34上的轴连接；还包括与第三摆动轴承37固定连接的第二步进电机315，所述第一连接板32上设有U型滑槽316，所述第二步进电机315与第二皮带轮314通过穿设于所述U型滑槽316中的第二电机皮带317连接，所述钻孔固定装置311固定在所述旋转板313顶面的一侧。第二步进电机315转动时，可以通过第二电机皮带317与第二皮带轮314带动转盘312转动，从而带动旋转板313旋转。摆动板34、第一摆动轴承35和第三摆动轴承37一起摆动时，整个旋转组件会跟随一起摆动，第二电机皮带317穿设于U型滑槽316中能够将动摆动板34、第一摆动轴承35和第三摆动轴承37的摆动限定在U型滑槽316范围内。

如图6和图7所示，所述钻孔固定装置311包括设于所述旋转板313顶面一侧的固定装置安装板3111，设于所述固定装置安装板3111上的夹紧模组，以及设于所述夹紧模组上的抓取固定模组。

如图6和图7所示，所述夹紧模组包括设于所述固定装置安装板3111远离所述旋转板313中心的一侧的夹紧电机3112，设于所述固定装置安装板3111靠近所述旋转板313中心的一侧的转块3113、第一滑板3114和第二滑板3115，所述夹紧电机3112的输出轴穿过所述固定装置安装板3111与所述转块3113连接，所述转块3113两端分别通过第一转轮3116和第二转轮3117与所述第一滑板3114和第二滑板3115连接，所述第一滑板3114和第二滑板3115通过滑轨3118与所述固定装置安装板3111滑动连接，所述第一滑板3114和第二滑板3115之间设有滑杠3119，所述滑杠3119一端与所述第二滑板3115固定连接，另一端活动穿设于所述第一滑板3114上，且另一端上设有限位螺母31110，所述滑杠3119位于所述第一滑板3114和第二滑板3115之间的部分穿设有调节弹簧31111，所述抓取固定模组设于所述第一滑板3114和第二滑板3115上。夹紧电机3112转动时能够通过转块3113带动第一滑板3114和第二滑板3115沿着固定装置安装板3111滑动并相互靠近。

如图6和图7所示，所述抓取固定模组包括设于所述第一滑板3114靠近所述第二滑板3115这一侧的转动电机31112，设于所述第一滑板3114远离所述第二滑板3115这一侧并与所述转动电机31112的输出轴连接的第一夹爪31113，设于所述第二滑板3115远离所述第一滑板3114这一侧并与所述第二滑板3115转动连接的第二夹爪31114，所述第一夹爪31113靠近所述第二夹爪31114的这一侧设有滚珠轴承31115，所述第二夹爪31114靠近所述第一夹爪31113的这一侧设有一端与所述第二夹爪31114固定连接的连接杠31116，所述连接杠31116的另一端插设在所述滚珠轴承31115中，与所述滚珠轴承31115滚动配合。转动电机31112转动时，可以带动第一夹爪31113和第二夹爪31114在与固定装置安装板3111垂直的面内一起转动。夹紧电机3112带动第一滑板3114和第二滑板3115相互靠近，第一夹爪31113和第二夹爪31114也会相互靠近来夹取固定打印好的PEEK颅骨修补片，调节弹簧31111可以对第一夹爪31113和第二夹爪31114之间的夹紧力进行一定调节，第一夹爪31113和第二夹爪31114的夹持范围由滑杠3119上的限位螺母31110限制。

如图1和图2所示，所述中底板2与所述电柜4之间设有置物柜11，可以用来放置工具；所述电柜4一侧的机体1上设有与所述控制元件连接的操作屏12，可以方便对打印机进行操作；所述机体1一侧设有材料架13，可以放置PEEK打印的线材；所述机体1底部设有滚轮14，可以方便移动机体1。

本实施例的工作原理如下：

材料架13装载PEEK打印线材，点触操作屏12，机体1内部的X轴运动组5和Y轴运动组6开始运行，带动Z轴运动组7来到旋转打印平台3上方，伺服电机71启动带动丝杆72转动，丝杆72带动滑块74滑动，滑块74与固定板75连接，带动固定板75向下运动，此时气缸9的活塞杆弹出，PEEK打印头10贴近旋转打印平台3，开始打印PEEK颅骨修补片，此时摆动板34平行于安装底板31，打印的PEEK颅骨修补片部分可以很好的贴合于旋转板313，当PEEK打印头10打印到PEEK颅骨修补片的悬空部分16时，如果PEEK颅骨修补片打印时不添加支撑结构，打印此部分结构材料会跟随重力自然下落，造成PEEK颅骨修补片打印失败，结构不成型，此时第一步进电机39开始启动带动第一电机皮带310转动，第一电机皮带310带动第一皮带轮38转动，第一皮带轮38带动第二摆动轴承36摆动，第二摆动轴承36带动摆动板34摆动，摆动板34带动第一摆动轴承35和第三摆动轴承37摆动，同时，也带动第二步进电机315及与其连接的第二电机皮带317在U型滑槽316内摆动，使摆动板34此时不再平行于安装底板31，摆动板34随PEEK颅骨修补片悬空角度调整摆动角度，使打印的成型面始终在有之前已经打印出的结构支撑的水平面上，打印完PEEK颅骨修补片的主体部分后，PEEK颅骨修补片一般还需要构建配合手术的搭片15，此时第二步进电机315启动带动第二电机皮带317转动，第二电机皮带317带动第二皮带轮314转动，第二皮带轮314通过轴穿过摆动板34带动转盘312转动，转盘312带动旋转板313转动，使得PEEK颅骨修补片主体作为支撑水平面来进行搭片15部分的打印，打印完一侧的搭片15部分后，旋转板313旋转180°，进行另一侧的搭片15部分的打印，最终完成PEEK颅骨修补片的打印。

接下来准备钻孔，气缸9收回，PEEK打印头10退出打印，摆动板34和旋转板313复位，转动电机31112启动带动第一夹爪31113逆时针转动90°，使第一夹爪31113与旋转板313平行，第一夹爪31113与滚珠轴承31115连接，滚珠轴承31115通过连接杠31116与第二夹爪31114连接，第一夹爪31113转动时，带动第二夹爪31114一起转动，此时，打印好的PEEK颅骨修补片处于第一夹爪31113和第二夹爪31114之间；夹紧电机3112启动带动转块3113转动，转块3113两端的第一转轮3116和第二转轮3117分别带动第一滑板3114和第二滑板3115向内滑动，同时，第一滑板3114带动第一夹爪31113向右滑动，第二滑板3115带动第二夹爪31114向左滑动，连接杠31116在滚珠轴承31115内滑动，以夹紧PEEK颅骨修补片，调节弹簧31111可以对夹紧力进行一定调节，夹持范围由限位螺母31110限制。钻头8来到PEEK颅骨修补片上方，钻头8启动，开始对PEEK颅骨修补片的孔结构17进一步加工，加工过程中，仍可根据需要调节旋转板，确保最终成孔结构和设计结构的一致，并且保证成孔尺寸的精度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。