[发明专利]一种提高模型表面质量的3D打印系统及方法

权利要求书

1.一种提高模型表面质量的3D打印系统，包括机架（1），其特征在于：在机架（1）上分别安装有Y向位移装置（2）、Z向位移装置（5）、供料装置（8）和控制装置（9），Y向位移装置（2）上连接有打印平台（3），打印平台（3）在Y向位移装置（2）的驱动下做Y向的移动；Z向位移装置（5）上连接有X向位移装置（6），X向位移装置（6）在Z向位移装置（5）的驱动下做Z向移动，X向位移装置（6）上连接有喷头装置（7），喷头装置（7）在X向位移装置（6）的驱动下做X向位移，喷头装置（7）和供料装置（8）连接实现供料；

所述的喷头装置（7）包括喷头（7-1），喷头（7-1）安装在X向位移装置（6）上，喷头（7-1）的侧面连接有Z向驱动装置（7-2），Z向驱动装置（7-2）上连接有轮廓修形装置（7-3）；

所述的轮廓修形装置（7-3）包括修形球头（7-3-1），修形球头（7-3-1）的上部轴端插入到回转轴（7-3-5）的内孔中，在回转轴（7-3-5）外圆面的下端和上端分别安装有第一轴承（7-3-9）和第二轴承（7-3-12），在第一轴承（7-3-9）和第二轴承（7-3-12）之间安装有套筒（7-3-10），第一轴承（7-3-9）外侧通过第一端盖（7-3-17）固定在壳体（7-3-11）下端的内孔中；第二轴承（7-3-12）外侧的回转轴（7-3-5）上端连接有第二盖板（7-3-14），第二轴承（7-3-12）外侧通过弹簧挡圈（7-3-13）、第二端盖（7-3-15）固定在壳体（7-3-11）上端的内孔中；第二端盖（7-3-15）的上端面安装有挡圈（7-3-16），挡圈（7-3-16）的下端连接有吊杆（7-3-2），吊杆（7-3-2）穿过第二盖板（7-3-14）伸入到回转轴（7-3-5）的内孔中，然后再穿过隔热环（7-3-6），吊杆（7-3-2）下端和石墨烯加热柱（7-3-3）上端连接，将石墨烯加热柱（7-3-3）悬吊在修形球头（7-3-1）的球头部内腔中，吊杆（7-3-2）下端的外圆面上安装有温度传感器（7-3-4）。

2.根据权利要求1所述的一种提高模型表面质量的3D打印系统，其特征在于：所述的修形球头（7-3-1）的上部轴端和回转轴（7-3-5）的内孔之间安装有隔热环（7-3-6），修形球头（7-3-1）上部轴端通过紧定螺钉（7-3-7）固定在回转轴（7-3-5）上。

3.根据权利要求1所述的一种提高模型表面质量的3D打印系统，其特征在于：所述的第一端盖（7-3-17）下端的内孔中安装有防尘圈（7-3-8）。

4.根据权利要求1所述的一种提高模型表面质量的3D打印系统，其特征在于：所述的Z向驱动装置（7-2）包括连接体（7-2-1），连接体（7-2-1）的上端连接有步进电机（7-2-2），步进电机（7-2-2）的输出轴和螺杆（7-2-3）的上端连接，螺杆（7-2-3）下端连接在连接体（7-2-1）内侧的底端面上；连接体（7-2-1）内侧的上下两个端面上连接有两个导柱（7-2-4），导柱（7-2-4）、螺杆（7-2-3）和壳体（7-3-11）连接。

5.根据权利要求4所述的一种提高模型表面质量的3D打印系统，其特征在于：所述的控制装置（9）分别与Y向位移装置（2）、Z向位移装置（5）、X向位移装置（6）、喷头（7-1）、Z向驱动装置（7-2）中的步进电机（7-2-2）、石墨烯加热柱（7-3-3）、温度传感器（7-3-4）和供料装置（8）电连接。

6.利用权利要求1-5任一一种提高模型表面质量的3D打印系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，在控制装置（9）中设置修形球头（7-3-1）的加热温度T，使修形球头（7-3-1）将与其接触的冷却固化的打印材料加热成能够修形的塑性状态；

步骤2，在控制装置（9）中输入修形球头（7-3-1）的球心与喷头（7-1）上喷嘴轴线的水平距离N；

步骤3，在控制装置（9）中依据3D打印模型波浪式层纹上波峰与波底的高度差H，设置修形尺寸D=0.5H；

步骤4，在3D打印模型的准备阶段，利用控制装置（9）启动喷头（7-1）加热打印线材，使打印线材处于熔融态；启动石墨烯加热柱（7-3-3）加热修形球头（7-3-1）；启动温度传感器（7-3-4）监测修形球头（7-3-1）的温度，当修形球头（7-3-1）的温度升至所设定的加热温度T时，控制装置（9）对石墨烯加热柱（7-3-3）的控制转换成PID控制模式，使得修形球头（7-3-1）的温度始终保持在加热温度T±2℃；启动步进电机（7-2-2），利用螺杆（7-2-3）和导柱（7-2-4），将轮廓修形装置（7-3）中的修形球头（7-3-1）升至Z向的最高点；

步骤5，在3D打印模型时，当喷头（7-1）打印完第M层后，步进电机（7-2-2）驱动轮廓修形装置（7-3）沿着Z向下降，直至修形球头（7-3-1）的球心与第M层所属层纹的波峰所处的水平高度一致；

步骤6，控制装置（9）依据修形球头（7-3-1）的球心与喷头（7-1）上喷嘴轴线的水平距离N，以及修形尺寸D，计算获得修形球头（7-3-1）相对于第M层外形轮廓运动轨迹的偏置距离，控制修形球头（7-3-1）沿着模型第M层的外形轮廓运动；由于此时修形球头（7-3-1）的温度为T，能够使得第M层所属层纹上受到修形球头（7-3-1）挤压的部分发生塑性变形，波峰处的材料向波谷处流动，波纹变浅，模型表面的质量得到提高；

步骤7，当第M层的修形工作结束后，控制装置（9）驱动喷头（7-1）打印第M+1层；当第M+1层打印完后，控制装置（9）驱动轮廓修形装置对第M+1层的轮廓进行修形；

步骤8，打印和修形工作交替进行，直至整个模型的打印和修形工作结束。