CN108656555B - 一种3d打印作品后期修整塑形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印作品后期修整塑形装置，包括操作部、导流部和手持部，手持部包括手持部分壳体、机架、操作头安装卡槽、导流罩安装卡槽、出风口、出风通道、反吸管、加热体容纳腔、加热体支架、加热丝、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、反吸调节阀、进风道、通风孔和电源线出口。利用高温气流对3D打印品进行局部加热；将手持部手持伸入打印机打印平台或柜中进行适时调整打印品，纠正调整打印过程中随时出现的问题；可搭配多种导流出风口与操作头；可将高温气流反吸，不仅可以通过操作头对打印品施加正压力进行塑形，还可以通过阀体切换风道实现高温气流反吸，进而对打印品施加负压力实现个别细节部位的由凹陷变平整或者是由平整变凸起。

Description

一种3D打印作品后期修整塑形装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印作品后期修整塑形装置。

背景技术

3D打印又可称为增材制造技术，它是一种运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印与激光烧结等工艺手段，实现原料叠加成型构造物体的快速成型技术。其原理是以三维数字模型设计文件为基础。与传统制造相比，3D打印具有低成本(包括制造复杂物品省成本、产品多样化省成本、无需组装可以省成本等)、环保、精确的实体复制等优势。凭借上述特点，3D打印被视作制造业发展未来，前景美好。3D打印技术目前在全球范围内引发了关于“第四次工业革命”的讨论，并已然成为未来制造业发展的重要趋势之一。

科技的迅猛发展，让3D打印这一新兴的科学技术逐渐走入了人们的视野，并在诸多的领域有了新的尝试，扮演着越来越重要的作用，广泛应用于建筑施工、工业制造、航空航天、医疗器械、食品、教育等其他领域各类产业。特别是在产品设计、数字化设计等方面，效果显著，给新产品的开发带来了革命性的变革。3D打印技术作为高新的制造技术，推动了世界的制造业发展，是工业革命发展的新趋势。目前，世界各国都在积极的发展3D打印技术，并且取得了长足的进步，目前已经能达到在10um的材料厚度上实现超过600dpi的精细分辨率，3D打印技术目前主要的材料是以ABS、PLA、树脂等塑料材质为主，也有高精端的金属、陶瓷等材料，而且各个国家也在积极研制开发更多的能够性价比更高的材料，以便使3D打印能够更快地走入大众的生活中。

虽然目前3D打印技术作为新兴产业刚刚处于蓬勃发展时期，但是很多周边技术与产品体系并没有完善，在实际打印过程中会出现种种问题，目前没有出现较为成熟的处理手段，对经济型造成了一定的影响，主要存在的问题有：

(1)打印耗材费用昂贵。3D打印的材料是限制3D打印技术广泛应用的关键因素。然而实际上，好用的材料非常有限，仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等十余种材料，而且价格昂贵，3D打印材料目前已研发使用的有工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等，由于3D打印设备打印原理的特殊性，所以与普通的打印材料相比3D打印材料的形态一般为粉末状、丝状、层片状、液体状，再加上3D打印技术的特殊性，要求材料的性能也比一般材料性能要求高。虽然有一部分3D打印材料已研究出来并应用，但相比较国外来说我国对于3D打印材料的研发以及生产企业很少，很多材料特别是金属材料基本上全部依靠进口，这无形之中提高了3D打印的成本；

(2)打印支撑所消耗的材料与打印实体材料相当，且剥离困难。打印支撑和打印实体可分参数打印的设计是区分工业机和桌面机的最重要标志，因为工业机是应用在实际生产领域，对最后打印的效果要有很高的可控性要求，用过桌面机的用户都知道，无论是FDM，还是 SLA设备，由于支撑和实体在打印过程中是不区分的，打印结束后支撑的剥离是个非常不可控的因素，最后往往会导致剥离失败，破坏实体。

(3)打印可靠性即通常说的打印成功率低。打印可靠性，也就是通常说的打印成功率，是3D打印机重要的标志。打印成功率才是真正考验3D打印者的以人为主导因素的技术经验的硬指标，对于在打印过程中由于受热不均匀，导致的翘边，进而致使打印头与已成型部分发生干涉，或这是打印的同时发生变形后，导致下一步打印的新材料缺乏载体进一步垮塌，此类问题易发生在有一定的斜度但是斜度较小软件默认没有打印支撑的情况下，导致了整个打印品废掉。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种3D打印作品后期修整塑形装置，对于使用PLA 塑料、尼龙、ABS塑料、光敏树脂等或与之物理特性类似的新型材料可以在一定程度上减少上述问题的影响，对3D打印作品后期的修整塑形具有一定的辅助作用。

本发明采用以下的技术方案：

一种3D打印作品后期修整塑形装置，包括操作部、导流部和手持部，所述操作部包括操作头和设置在操作头尾端的操作头卡爪；所述导流部包括导流罩和设置在导流罩尾端的导流罩卡爪；

所述手持部包括手持部分壳体、机架、操作头安装卡槽、导流罩安装卡槽、出风口、出风通道、反吸管、加热体容纳腔、加热体支架、加热丝、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、反吸调节阀、进风道、通风孔和电源线出口，所述手持部分壳体和所述机架间为一体成型相互固连，所述反吸管、进风道、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、加热体容纳腔、加热体支架和出风通道设置在手持部分壳体内；所述电源线出口设置在机架的尾端的中心处，所述通风孔环绕电源线出口设置在机架的尾端处，通风孔与进风道相互连通，进风道和反吸管均与涡轮风机容纳腔相互连通；

涡轮风机设置在涡轮风机容纳腔内，加热体支架设置在加热体容纳腔内，加热丝设置在加热体支架上；涡轮风机将气流由通风孔引入，再经进风道流入涡轮风机容纳腔，和/或将气流由反吸管引入而流入涡轮风机容纳腔，再由涡轮风机容纳腔顺次流经加热体容纳腔和出风通道，最后由出风通道尾端的出风口流出；

所述操作头位于所述导流罩内；所述操作头安装卡槽设置在反吸管的尾端，所述操作头卡爪通过所述操作头安装卡槽将操作头与反吸管相连，操作头为与反吸管相互连通的中空结构；所述导流罩卡爪通过所述导流罩安装卡槽将导流罩罩在出风口外；

所述反吸调节阀设置在进风道和反吸管之间，用于调节经反吸管的进气量，当反吸调节阀完全关闭，气流全部由通风孔流入涡轮风机容纳腔；当反吸调节阀完全开通，气流全部由反吸管流入涡轮风机容纳腔，反吸管向涡轮风机容纳腔内回吸气流，进而实现由操作头向涡轮风机容纳腔内回吸气流的最大回吸量；当反吸调节阀介于完全关闭和完全开通之间，气流由通风孔和反吸管两处结构按照一定比例流入涡轮风机容纳腔，进而实现操作头回吸气流的大小。

优选地，所述机架上设有船型开关，所述船型开关与涡轮风机、加热丝电连，用于控制涡轮风机、加热丝的通断。

优选地，所述机架上设有手持部分控制旋钮与按钮，手持部分控制按钮与加热丝电连，用于控制加热丝的通断电；手持部分控制旋钮包括温度调节旋钮和风速调节旋钮，温度调节旋钮与加热丝电连，用于调节加热丝的功率，控制出风口处的温度；风速调节旋钮与涡轮风机电连，用于调节涡轮风机的功率，控制出风口处的风速。

优选地，所述机架上设有液晶显示器，液晶显示器与船型开关、手持部分控制旋钮与按钮电连。用于显示手持部分控制旋钮与按钮所调节的温度及风速值。

优选地，还包括外设控制部，所述外设控制部通过电源线与手持部电连，外设控制部包括外设控制单元外壳和设置在外设控制单元外壳上的外设控制部分船型开关和外设控制部分旋钮；外设控制部分船型开关与船型开关、涡轮风机、加热丝电连，用于控制整个装置的电源通断；外设控制部分旋钮与外设控制部分船型开关电连，用于控制外设控制部分船型开关的通电时间。若3D打印机打印过程中需要长期对作品某部位持续加热，可使用此外设控制部分旋钮实现常开或定时开启设定。3D打印时间比较缓慢，将设备通过支架固定后再加之时间设定功能可以实现无人值守。

外设控制部这一技术手段的采用，是为了内置开关电源等，将不必要布置在手持部的控制电路设置在该外设控制部，减轻手持部的重量与体积，使手持部更加便携，符合人体工学设计。

优选地，所述手持部分壳体和机架之间设有支架安装卡槽。

优选地，还包括磁性支架，所述磁性支架包括磁性底座、万节金属管和用于卡接固定所述支架安装卡槽的永磁体万象支架卡环，所述永磁体万象支架卡环通过所述万节金属管和所述磁性底座相连。

优选地，所述操作头、操作头卡爪和操作头安装卡槽的材料采用金属材料。操作头、操作头卡爪和操作头安装卡槽为热的良导体，无需单独设置加热，通过高温气流传导加热，实现了操作头与设置温度同步升降的功能。

本发明具有的有益效果是：

(1)利用高温气流对3D打印品进行局部加热，仅针对待3D打印品待修整关键部位进行加热，避免了传统加热台整体加热而导致其他部位因受热后产生变形，当需要加热体积较大时可采用更换出风口形状、调大风量与温度或频繁对待加热区域交替加热的方式实现。

(2)采用分体结构，手持部符合人体工学且方便握持，可以在3D打印机在线打印的同时，将该部分手持伸入打印机打印平台或柜中进行适时调整打印品，纠正调整打印过程中随时出现的问题，不必取出打印品，在保证安全的前提下甚至可以不暂停打印机工作，进而避免因为冷却时间不同而导致的打印品连接强度下降。

(3)搭配多种导流出风口与操作头，可以根据待修整部位不同形状大小更换不同的导流出风口与操作头实现操作；该装置吹出气流温度与速度可调可控，可根据3D打印品材料不同进行设置。

(4)可将高温气流反吸，不仅可以通过操作头对打印品施加正压力进行塑形，还可以通过阀体切换风道实现高温气流反吸，进而对打印品施加负压力实现个别细节部位的由凹陷变平整或者是由平整变凸起，因为反吸的气流同样是高温的，因此不会导致作业区域温度快速下降，进而带来更丰富造型方式。

(5)可以根据情况外设磁性支架，支架采用永磁体作为底座，手持部与底座之间采用可任意定型的金属万节管链接，方便固定在3D打印机打印头移动部件随打印头同步运动，或固定载物平台上与打印品同步移动，如果打印机没有可被永磁体吸附的部位，可将打印机某较薄结构介于用另一块永磁体与底座之间，借助永磁体与底座之间的磁力起夹持作用。

附图说明

图1为3D打印作品后期修整塑形装置的结构示意图；

图2为3D打印作品后期修整塑形装置的手持部的剖面结构示意图；

图3为3D打印作品后期修整塑形装置的局部结构示意图；

图4为磁性支架的结构示意图。

图中：1为手持部分壳体，2为加热丝，3为反吸调节阀，4为操作头安装卡槽，5为导流罩安装卡槽，6为反吸管，7为加热体支架，8为进风道，9为涡轮风机，10为通风孔，11 为电源线出口，12为操作头，13为操作头卡爪，14为导流罩，15为导流罩卡爪，16为出风口，17为永磁体万象支架卡环，18为万节金属管，19为磁性底座，20为支架安装卡槽，21 为手持部分控制旋钮与按钮，22为液晶显示器，23为船型开关，24为电源线，25为外设控制部分船型开关，26为外设控制部分旋钮，27为机架，28为外设控制单元外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明：

结合图1至图4，一种3D打印作品后期修整塑形装置，包括操作部、导流部和手持部，所述操作部包括操作头和设置在操作头尾端的操作头卡爪；所述导流部包括导流罩和设置在导流罩尾端的导流罩卡爪。

所述手持部包括手持部分壳体、机架、操作头安装卡槽、导流罩安装卡槽、出风口、出风通道、反吸管、加热体容纳腔、加热体支架、加热丝、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、反吸调节阀、进风道、通风孔和电源线出口，所述手持部分壳体和所述机架间为一体成型相互固连，所述反吸管、进风道、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、加热体容纳腔、加热体支架和出风通道设置在手持部分壳体内；所述电源线出口设置在机架的尾端的中心处，所述通风孔环绕电源线出口设置在机架的尾端处，通风孔与进风道相互连通，进风道和反吸管均与涡轮风机容纳腔相互连通。

涡轮风机设置在涡轮风机容纳腔内，加热体支架设置在加热体容纳腔内，加热丝设置在加热体支架上；涡轮风机将气流由通风孔引入，再经进风道流入涡轮风机容纳腔，和/或将气流由反吸管引入而流入涡轮风机容纳腔，再由涡轮风机容纳腔顺次流经加热体容纳腔和出风通道，最后由出风通道尾端的出风口流出。

所述操作头位于所述导流罩内；所述操作头安装卡槽设置在反吸管的尾端，所述操作头卡爪通过所述操作头安装卡槽将操作头与反吸管相连，操作头为与反吸管相互连通的中空结构；所述导流罩卡爪通过所述导流罩安装卡槽将导流罩罩在出风口外。操作头采用谱系化设计，可依据实际工况需要进行切换外形；导流罩采用谱系化设计，可根据待加热区域的面积与形状进行自由选择外形。

通过加热体支架与固定在其上的加热丝加热的气流通过出风口吹出，所述操作头、操作头卡爪和操作头安装卡槽的材料采用金属材料。操作头、操作头卡爪和操作头安装卡槽为热的良导体，无需单独设置加热，通过高温气流传导加热，实现了操作头与设置温度同步升降的功能。

所述反吸调节阀设置在进风道和反吸管之间，用于调节经反吸管的进气量，当反吸调节阀完全关闭，气流全部由通风孔流入涡轮风机容纳腔；当反吸调节阀完全开通，气流全部由反吸管流入涡轮风机容纳腔，反吸管向涡轮风机容纳腔内回吸气流，进而实现由操作头向涡轮风机容纳腔内回吸气流的最大回吸量；当反吸调节阀介于完全关闭和完全开通之间，按照需要调节反吸调节阀，气流由通风孔和反吸管两处结构按照一定比例流入涡轮风机容纳腔，进而实现操作头回吸气流的大小。

具体地，所述机架上设有船型开关，所述船型开关与涡轮风机、加热丝电连，用于控制涡轮风机、加热丝的通断。

具体地，所述机架上设有手持部分控制旋钮与按钮，手持部分控制按钮与加热丝电连，用于控制加热丝的通断电；手持部分控制旋钮包括温度调节旋钮和风速调节旋钮，温度调节旋钮与加热丝电连，用于调节加热丝的功率，控制出风口处的温度；风速调节旋钮与涡轮风机电连，用于调节涡轮风机的功率，控制出风口处的风速。温度调节旋钮用于无级调温，直接控制加热丝功率，实现控制出风温度的目标；风速调节旋钮用于无级调速，直接控制涡轮风机功率，实现控制出风流量的目标。

具体地，所述机架上设有液晶显示器，液晶显示器与船型开关、手持部分控制旋钮与按钮电连。用于显示手持部分控制旋钮与按钮所调节的温度及风速值。

具体地，还包括外设控制部，所述外设控制部通过电源线与手持部电连，外设控制部包括外设控制单元外壳和设置在外设控制单元外壳上的外设控制部分船型开关和外设控制部分旋钮；外设控制部分船型开关与船型开关、涡轮风机、加热丝电连，用于控制整个装置的电源通断；外设控制部分旋钮与外设控制部分船型开关电连，用于控制外设控制部分船型开关的通电时间。若3D打印机打印过程中需要长期对作品某部位持续加热，可使用此外设控制部分旋钮实现常开或定时开启设定。

外设控制部这一技术手段的采用，是为了内置开关电源等，将不必要布置在手持部的控制电路设置在该外设控制部，减轻手持部的重量与体积，使手持部更加便携，符合人体工学设计。

具体地，所述手持部分壳体和机架之间设有支架安装卡槽。

具体地，还包括磁性支架，所述磁性支架包括磁性底座、万节金属管和用于卡接固定所述支架安装卡槽的永磁体万象支架卡环，所述永磁体万象支架卡环通过所述万节金属管和所述磁性底座相连。

当需要将装置安置在在线打印中的3D打印机平台上与平台同步运动时，可以通过该磁性支架进行固定，由于3D打印机平台是一个多轴运动机构，器空间狭小对固定机构要求苛刻，该装置电源线为柔性材质，可实现当3D打印机平台或者是喷头移动时，可实现同步移动该装置，永磁体万象支架卡环与支架安装卡槽连接固定且方便拆除；万节金属管可以任意弯曲并且定型支撑该装置；磁性底座可以直接吸附在铁钴镍等材质表面或者是搭配另一块永磁体通过磁力将3D打印机较薄结构加紧实现固定。

3D打印机在线打印时：

3D打印机在线打印时，对于由受热不均匀导致的翘边，致使打印头与已成型部分发生干涉时，利用该装置可以固定在打印机平台上加热翘边区域，缓慢释放掉导致翘边的应力，使得打印过程缓慢的恢复正常不至于导致整个打印品产生更大的非正常变形。

3D打印机在线打印时，由于最基层材料在重力的作用下发生变形，导致下一步打印的新材料缺乏载体支撑变形量累计进一步垮塌。此类问题易发生在有一定的斜度但是斜度较小软件默认没有打印支撑的情况下，若不及时纠正会导致整个打印品废掉并无法弥补，利用该装置及时修正。

3D打印机在线打印时，当打印机打印支撑或者是底座时，打印支撑所消耗的材料与打印实体材料相当，且剥离困难。但是无论是FDM，还是SLA设备，由于支撑和实体在打印过程中是不区分的，打印结束后支撑的剥离是个非常不可控的因素，最后往往会导致剥离失败，破坏实体，在此过程中可以利用本装置曾达局部通风量，使得支撑与实体连接层冷却更加彻底，进而减少与实体的黏连，从而达到易剥离的目的。

3D打印机打印成型后：

3D打印机打印成型后，可以将打印品的结构利用本装置进行修整，可通过后处理进行二次塑型，这样一来，原本跨度比较大、需要支撑比较多且允许一定误差的结构可以利用后处理轻易实现，避免的支撑的打印，节省了材料与时间成本。

3D打印机打印成型后，提高表面光滑程度，或是对细节进行修整是利用本装置可以高效的处理，由于为了节省材料，3D打印软件一般将物体内采用网格填充，正因如此，当结构最顶面封顶的时候会由于重力的作用会有下垂产生的小凹坑，利用反吸功能将此类凹坑拉平，也适用于肖像类打印品的美化，例如人像的鼻子拉高。

3D打印机打印成型后，对产品进行艺术美化，通过高温气流将打印品局部表面微融，实现局部表面的光滑，例如肖像类打印品人物的眼睛或衣物先通过该装置光滑表面，用来区分层次与纹理。

3D打印机打印成型后，可以去除产生的毛刺。

3D打印品在使用后期：

3D打印品在使用后期，产生走形需要修整塑形时，使用本装置进行二次加热后利用该装置的操作头实现形状的纠正。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，包括：

操作部，包括操作头和设置在操作头尾端的操作头卡爪；

导流部，包括导流罩和设置在导流罩尾端的导流罩卡爪；

手持部，包括手持部分壳体、机架、操作头安装卡槽、导流罩安装卡槽、出风口、出风通道、反吸管、加热体容纳腔、加热体支架、加热丝、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、反吸调节阀、进风道、通风孔和电源线出口，所述手持部分壳体和所述机架间为一体成型相互固连，所述反吸管、进风道、涡轮风机容纳腔、涡轮风机、加热体容纳腔、加热体支架和出风通道设置在手持部分壳体内；所述电源线出口设置在机架的尾端的中心处，所述通风孔环绕电源线出口设置在机架的尾端处，通风孔与进风道相互连通，进风道和反吸管均与涡轮风机容纳腔相互连通；

涡轮风机设置在涡轮风机容纳腔内，加热体支架设置在加热体容纳腔内，加热丝设置在加热体支架上；涡轮风机将气流由通风孔引入，再经进风道流入涡轮风机容纳腔，和/或将气流由反吸管引入而流入涡轮风机容纳腔，再由涡轮风机容纳腔顺次流经加热体容纳腔和出风通道，最后由出风通道尾端的出风口流出；

所述操作头位于所述导流罩内；所述操作头安装卡槽设置在反吸管的尾端，所述操作头卡爪通过所述操作头安装卡槽将操作头与反吸管相连，操作头为与反吸管相互连通的中空结构；所述导流罩卡爪通过所述导流罩安装卡槽将导流罩罩在出风口外；

所述反吸调节阀设置在进风道和反吸管之间，用于调节经反吸管的进气量，当反吸调节阀完全关闭，气流全部由通风孔流入涡轮风机容纳腔；当反吸调节阀完全开通，气流全部由反吸管流入涡轮风机容纳腔，反吸管向涡轮风机容纳腔内回吸气流，进而实现由操作头向涡轮风机容纳腔内回吸气流的最大回吸量；当反吸调节阀介于完全关闭和完全开通之间，气流由通风孔和反吸管两处结构按照一定比例流入涡轮风机容纳腔，进而实现操作头回吸气流的大小；

所述机架上设有船型开关，所述船型开关与涡轮风机、加热丝电连，用于控制涡轮风机、加热丝的通断；

所述手持部分壳体和机架之间设有支架安装卡槽。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，所述机架上设有手持部分控制旋钮与按钮，手持部分控制按钮与加热丝电连，用于控制加热丝的通断电；手持部分控制旋钮包括温度调节旋钮和风速调节旋钮，温度调节旋钮与加热丝电连，用于调节加热丝的功率，控制出风口处的温度；风速调节旋钮与涡轮风机电连，用于调节涡轮风机的功率，控制出风口处的风速。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，所述机架上设有液晶显示器，液晶显示器与船型开关、手持部分控制旋钮与按钮电连。

4.根据权利要求2所述的一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，还包括外设控制部，所述外设控制部通过电源线与手持部电连，外设控制部包括外设控制单元外壳和设置在外设控制单元外壳上的外设控制部分船型开关和外设控制部分旋钮；外设控制部分船型开关与船型开关、涡轮风机、加热丝电连，用于控制整个装置的电源通断；外设控制部分旋钮与外设控制部分船型开关电连，用于控制外设控制部分船型开关的通电时间。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，还包括磁性支架，所述磁性支架包括磁性底座、万节金属管和用于卡接固定所述支架安装卡槽的永磁体万象支架卡环，所述永磁体万象支架卡环通过所述万节金属管和所述磁性底座相连。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印作品后期修整塑形装置，其特征在于，所述操作头、操作头卡爪和操作头安装卡槽的材料采用金属材料。