CN110799326B - 用于通过3d打印生产的制品的表面精整的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于通过3D打印获得的工件的表面精整的方法和设备，其中将待处理的工件和液体工艺增塑剂在气密密封的处理腔室中一起加热至低于工艺增塑剂的沸腾温度的工作温度。空气蒸气混合物在腔室中维持持续循环，以保持温度和浓度均匀并且使工件与空气/蒸气混合物接触，从而避免在工件表面上形成冷凝物并且允许工艺增塑剂蒸气被工件表面吸收而没有冷凝物形成。具体取决于所期望的渗透深度，蒸气暴露时间是固定的。设备包括具有加热装置(15)的腔室(11)、用于使空气/蒸气混合物在腔室(11)中循环以保持其中均匀的温度和浓度条件的装置，以及用于通过冷凝从空气/蒸气混合物中分离工艺增塑剂蒸气的单元(24)。还设置有用于过滤残留的空气/蒸气混合物的单元(39)。

Description

用于通过3D打印生产的制品的表面精整的方法和装置

说明

技术领域

本发明总体上涉及打印三维物体的领域(以下简称为“3D打印”)，并且特别涉及一种用于通过3D打印工艺，尤其是那些涉及使用聚合材料制造工件(零件)的3D打印工艺获得的制品/物体(以下也称为“工件”)的表面精整的方法。本发明还涉及用于对通过3D打印获得的工件进行表面精整的设备。

背景技术

众所周知，3D打印工艺允许从通过3D建模软件制作的对应模型再现(复制)三维物体。基于这种工艺的机器、设备和整个系统凭借其成本的降低和投放市场的产品种类从专业和/或工业设备到台式、办公室和家用机器的日益多样化而在市场上迅速传播。

3D打印机的使用已从快速的原型制作迅速扩展到了广泛的其它应用领域：从建筑到娱乐、从生物医学到航空航天等等。

通常，3D打印工艺涉及适当材料的逐层沉积以获得三维的物体。沉积打印或FFM/FDM(熔融细丝工艺/熔融沉积建模)主要由于其成本较低而成为更广泛使用的技术，其中将聚合物细丝加热至熔融并穿过喷嘴，喷嘴在移动时处在软件的引导下，沉积材料以形成重叠层。这种技术中最常用的材料是ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)和PLA(聚乳酸)。根据其它技术，使用粉末聚合物或金属材料或液体聚合物材料。

层的厚度通常为50-100微米，但是可以获得在10微米范围内的厚度，但是导致更长的制造时间。通过减小层厚显然可以改善精整质量，但是，然而，物体表面是相对条纹、不平坦和多孔的，因此，物体可能显示出不期望的特性(例如，它们可能会被液体浸透)或具有不适合其最终目的地(例如，在装饰性物体的情况下)的外观。在其它情况下，表面不平整度不能满足所期望的要求和/或尺寸公差(例如，在通过3D打印制造的物体是模具的情况下)。在所有这些情况下，以及其它未提及的与制造工件的质量有关的情况下，都必须使用表面精整处理。

一种用于塑料材料制品的表面精整的已知方法，例如通过注塑成型，涉及将制品浸入与塑料相容的溶剂中，或将制品暴露于溶剂蒸气中一段预定的时间，该预定的时间足以使得塑料材料的有限表面增溶，塑料材料可以在制品表面的表面上充分流动以使其上存在的任何粗糙部变光滑(参见例如US5448838)。

该方法还已经扩展到了通过3D打印获得的塑料材料制成的制品的表面处理。关于这个主题，参见WO03/089218、WO2007/044007、WO2008/088761和WO2010/002643。3D工件在3D打印机中生产后被暴露于与塑料相容的合适的溶剂的蒸气中。在接触工件时，蒸气在其上凝结并软化材料，以使材料在表面上流动，因而使表面光滑。该工件逐渐加热直到表面达到沸腾溶剂的温度，并且该工件在其表面上不断地被冷凝的溶剂覆盖直到达到所述温度。工件保持暴露于在其上冷凝的溶剂蒸气中，直到获得所需的精整程度，然后将其从蒸气中移出，以允许其通过溶剂再蒸发而干燥。

通过观察溶剂在工件上的冷凝来确定暴露时间，并且当冷凝结束时可以将其从蒸气腔室中移出，冷凝结束表明工件的表面温度达到了溶剂的沸腾温度。此外，暴露时间考虑溶剂和材料的类型、工件的形状特征以及溶剂蒸气浓度。

作为必要条件，这种方法必须将溶剂冷凝在工件表面上。但是，长时间暴露于冷凝溶剂中，除了会阻止蒸气渗透到表面中之外，还可能导致腐蚀和表面流失并且损失材料，此外，由于冷凝物液滴由于工件形状而可能具有优先流动路径，因此流失也可能以不均匀的方式发生，因而导致局部的冷凝物堆积。此外，采用上述已知方法，不可能控制溶剂渗透到工件表面以下的深度。

作为适合该应用的溶剂，已经提出了卤化溶剂(诸如三氯乙烯、碳氟化合物及其混合物)、酮(诸如丙酮、甲基乙基酮等)等，以待根据塑料材料和操作条件来选择。

WO2010002643中还公开了一种用于3D打印工件的表面精整的设备。该设备涉及将制品暴露于溶剂蒸气以除去表面粗糙度和孔隙率并获得光滑的光泽表面。该设备由具有不透气盖的金属容纳盒结构形成，其中放置有加热腔室。在所述腔室中，首先蒸发溶剂，然后布置待处理的3D工件。工件是冷的或可能已预冷。容纳盒结构还容纳了与加热腔室分开的干燥腔室，在溶剂处理结束时将3D工件转移到干燥腔室中以从工件除去溶剂。干燥腔室维持在低于室温的温度下，以加快溶剂除去过程。在加热腔室的上方设有冷却盘管以冷凝溶剂的蒸气，该蒸气在通过水分离器之前被送至溶剂收集箱以重新使用。

根据上述专利申请的设备在大气压下操作，并且在处理工件的过程中加热腔室保持打开，以允许操作者在整个处理期间将工件保持悬浮在溶剂蒸气气氛中，并控制处理的结果。使用碳氟化合物作为溶剂。

操作步骤的顺序包括首先加热腔室，在腔室中已经充入液体溶剂以产生溶剂蒸气，然后将工件浸入溶剂蒸气气氛中。溶剂蒸气处于工作温度，而工件首先处于室温，由此必须地，蒸气冷凝在其上并逐渐加热直到达到在工作温度与工件表面温度之间的热平衡条件。在这种情况下，工件上的蒸气冷凝停止，并且处理结束。通常，处理持续时间(如果认为不理想，可以重复进行)少于几分钟，在某些情况下约为30秒。

上述设备非常复杂且昂贵，并且使用非常昂贵的溶剂；因此，它仅对特殊的工业应用才有意义。此外，由于必须在蒸发溶剂于其中蒸发的腔室的底部保持0.5英寸的溶剂的最小水平，因此可预见的必要溶剂量可能会很高，约为几升。而且，在蒸气腔室打开的情况下进行处理的需求导致工作环境污染的风险，以及操作者将工件浸入蒸气腔室中的健康风险，由此必须提供合适的抽吸系统。最后，更何况考虑到在溶剂暴露期结束时工件表面的半流体状态，将工件转移到干燥腔室也存在操作复杂性。

因此，非常需要能够以有效、快速和安全的方式，并且即使对于家庭和办公室使用来说也可以承受的成本对由3D打印获得的塑料材料工件进行表面精整。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于对通过3D打印获得的塑料材料制成的工件进行表面精整的方法，该方法允许获得的精整程度和质量至少与通过已知方法可获得的相媲美，而没有由于在工件表面上形成冷凝物而带来的不便。

本发明的一个特定目的是提供一种上述类型的方法，该方法允许根据需要调节处理强度，特别是控制工件暴露于的蒸气的渗透深度。

本发明的另一个重要目的是提供一种用于对通过3D打印获得的塑料材料制成的工件进行表面精整的设备，该设备能够根据上述方法进行操作，具有较小的尺寸，与大多数3D打印机的工作空间一致。

本发明的另一个目的是提供一种上述类型的设备，该设备对于专业人士(建筑师、设计师、设计室等)和即使没有足够的表面精整技术的对3D打印充满热情的个人来说是易于使用。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的设备，该设备不需要在处理的中间步骤中将工件移位。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的设备，该设备可以使用而无需用于其使用的附加设备(例如通风柜)。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的设备，该设备可被操作者安全地使用，从不需要操作者与液体或蒸气形式的工艺材料直接接触。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的设备，该设备可由使用者远程控制和程控。

这些目的通过根据本发明的通过3D打印获得的由塑料材料制成的工件的表面精整的方法和设备得以实现，其基本特征在权利要求1和12中提出。其它重要特征在从属权利要求中提出。

根据本发明的方法的重要特征，将通过3D打印获得的一个或多个工件放置在配备有加热装置的可气密密封的腔室中。在所述腔室中，馈送受控量的液体工艺增塑剂，其收集在腔室的底部区域中。在启动加热装置时，将液体增塑剂加热，并在所述腔室中形成空气和所述工艺增塑剂蒸气的混合物，所述混合物保持循环以在整个腔室中获得均匀的分布，并与工件表面的均匀接触，工件表面逐渐加热直至达到低于所述工艺增塑剂的沸腾温度的工作温度。工件维持与工艺增塑剂蒸气接触预定时间，以允许蒸气被工件表面吸收直到所期望的深度(与接触时间有关并获得对应的塑料材料软化)，工作温度略高于塑料材料与吸收在其中的工艺增塑剂蒸气之间的混合物的玻璃化转变温度。一旦经过预定的时间，将空气/蒸气混合物被旁顾到所述腔室外部的借助于冷凝从空气/蒸汽混合物分离工艺增塑剂的分离单元。在分离步骤结束时，随后从腔室中移出被处理的部件。

通过以这种方式进行操作，即通过维持工件表面和与其接触的空气/蒸气混合物之间的温度基本相等(也称为热平衡条件)，避免了蒸气冷凝，并且因此避免了由于表面层的增溶而引起的软化，并且促进了蒸气吸收并因此促进了由于表面增塑引起的软化。

根据本发明的方法的优选实施例，工作温度不超过所述混合物的玻璃化转变温度10℃，优选不超过5℃，并且暴露于工艺增塑剂蒸气的工件暴露时间在20至80分钟的范围内。

根据本发明的方法的另一个特征，以适合于处理腔室的容积的预包装剂量的量提供工艺增塑剂。根据本发明的特定实施例，工艺增塑剂的量在每升腔室体积2至10ml的范围内，优选为2至5ml。

根据本发明的另一重要特征，该设备包括：

a)可气密密封的腔室，所述可气密密封的腔室用于包含需要这种处理的至少一个工件；

b)用于向所述腔室的底部馈送受控量的液体工艺增塑剂的装置；

c)加热装置，所述加热装置至少放置在所述腔室的所述底部中，以用于加热所述液体工艺增塑剂，由此形成所述空气和工艺增塑剂蒸气的混合物，并且用于将所述空气/蒸气混合物的温度升高至低于所述工艺增塑剂的沸腾温度且略高于所述塑料材料的玻璃化转变温度的工作温度；

d)用于在加热步骤期间以及在维持在所述工作温度下预定时间的步骤期间，使所述空气/蒸气混合物在所述腔室内均匀循环的装置，所述预定时间足以允许所述增塑剂蒸气与所述工件的表面的直接接触，并且吸收所述蒸气直至所述工件的表面下的所期望的深度；

e)用于通过冷凝从所述空气/蒸气混合物中分离所述工艺增塑剂蒸气的装置，所述分离装置相对于所述腔室是在外部的，并且能够被放置成一旦已经经过所述预定接触时间就与所述腔室连通。在根据本发明的设备的优选实施例中，设置有可刺穿囊状件形式的预包装剂量的工艺增塑剂的馈送器，该馈送器包括在处理腔室的一侧的壳体，以及用于在壳体的底部处切割或刺穿囊状件并使其内容物通过导管流入到腔室中的装置。优选地，设置有检测装置以便能切割或刺穿囊状件。优选地，检测装置是光学类型的。以这种方式，尽可能简化了工艺增塑剂的馈送操作，由此避免了与使用者接触的任何风险，并实现了设备的非常紧凑的布局。

根据本发明的设备的优选实施例，使用珀耳帖(Peltier)单元的热电型冷凝器在加热步骤结束时被采用以便将工艺增塑剂从来自处理腔室的空气/蒸气混合物分离。珀耳帖单元的冷却可以使用闭合(封闭)回路中的冷却液或通过空气进行。冷凝器组的结构非常紧凑，而且因为可以使冷凝器本体气密地密封，因此避免了对环境造成损失的任何风险。

在本发明的另一特定实施例中，珀耳帖单元冷凝器通过富工艺增塑剂蒸气的混合物的至少一个入口开口和面向腔室内部的贫工艺增塑剂蒸气的混合物的至少一个返回开口而直接与处理腔室连通，并且在至少一个开口处设置用于使混合物循环经过冷凝器的装置。有利地，在处理工件期间，当冷凝器不工作时，同一的循环装置还被设置成用于维持腔室内的空气/蒸气混合物的均匀循环。

根据本发明的设备的又一个实施例，所述设备的所有部件(处理腔室、工艺增塑剂馈送单元、冷凝器组和冷却流体回路，以及残留混合物过滤单元)都包含在相对于普通3D打印机的外部壳体来说的尺寸较小的外部壳体中，并且可以通过可与盖部密封的上部开口轻松通达所述壳体的内部。

附图说明

通过以下示例性且非限制性地参考附图对实施例进行描述，本发明的用于通过3D打印获得的塑料材料制成的部件的表面精整的方法和设备的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的设备的立体图；

图2是沿着图1中的迹线A的垂直平面并沿箭头II的方向截取的设备的剖视图，该部段称为前部段；

图3是沿着图1中的迹线B的垂直平面并沿箭头III的方向截取的设备的剖视图，该部段称为侧部段；

图4是沿着图1中的迹线C的垂直平面并沿箭头IV的方向截取的设备的剖视图，该部段称为后部段；

图5是根据本发明的设备内部的冷凝器单元的分解和放大立体图；

图6是图5的冷凝器单元的立体图；

图7是根据本发明的示例性实施例的用于馈送工艺增塑剂囊状件的装置的放大图；

图8示意性地示出了本发明的设备中的工艺增塑剂循环；

图9是根据本发明的设备的另一实施例的立体图，外部壳体被部分地除去以示出内部部件。

图10是根据图9中的迹线D的垂直平面并沿箭头X的方向制成的图9的设备的剖视图；

图11是从腔室内侧观察冷凝器单元的立体图；

图12是从外侧、即与图11相反的一侧观察的冷凝器单元的立体图；

图13是图11和图12的冷凝器单元的分解立体图；

图14是示出根据本发明的方法的流程图；

图15示出了借助液氮断裂的3D打印的ABS样品的部段在根据本发明的方法进行处理之前和之后的两个SEM图像；

图16以正视图示出了同一样品的面在根据本发明的方法进行处理之前和之后的两个SEM图像。

具体实施方式

本发明的方法可以用来处理由通过3D打印、特别是通过使用上述引用的称为FFF/FDM的打印工艺获得的塑料材料制成的物体或工件(以下称为“3D工件”或“工件”)，其中在建模软件的引导下，聚合物细丝被熔融加热并经过喷嘴，同时沉积材料以形成彼此重叠的连续的层以形成所期望的物体。以这种方式制作的物体的特征在于其表面呈大致阶梯状、起皱和条纹状的外观，并且从美学和/或功能性的角度来看这通常构成缺陷，必须消除。

为此，根据本发明，将3D工件悬挂或以任何其它方式放置在可气密密封的腔室中，与构成3D工件的塑料材料相容的工艺增塑剂也被馈送入其中。

在本说明书和所附权利要求的上下文中，术语“工艺增塑剂”是指可蒸发或气化的物质，这种物质能够以蒸气形式被吸收在塑料材料中并且与之形成紧密混合物，以便将其玻璃化转变温度(T_G)降低到一定程度以便使3D工件表面层软化，并且在3D工件冷却时遵循从3D工件表面蒸发而释放。不希望与任何特定的作用机理结合，应考虑的是，工艺增塑剂不是化学地结合至聚合物材料，而是其与所述材料或其组分之一形成均质混合物以降低T_G。3D工件表面层的软化使结构重新排列，该结构重新排列根据蒸气渗透深度可产生期望的表面光滑，此外还会产生促进内层相互渗透并使3D工件形态均质化的内层的结构改变。

显然地，对于构成3D工件的聚合材料(无定形的或是半结晶的)的每种类型，均可能存在用作工艺增塑剂的可使用的几种物质，并且它们中的有些将是优选的。例如，在3D工件由ABS制作的情况下，上述类型的物质可以是诸如丙酮和甲基乙基酮之类的低沸点的酮，或者甚至可以是诸如二氯甲烷和碳氟化合物之类的卤代化合物，虽然在本发明的方法中酮是优选的：至少是因为它们是水溶性的。

如在本说明书和所附权利要求的上下文中所使用的，术语“表面精整”是指利用与构成3D工件的材料相容的工艺增塑剂的蒸气进行的处理，该工艺增塑剂可以以一定的深度扩展(延伸)到表面层下方的材料的层，深度通常可达3毫米，但是如果需要的话可达甚至更深，由此除了如所要求的光滑表面之外，还获得了表面机械阻力(强度)的增加。

在待处理的工件被放置在腔室中并将工艺增塑剂以液态馈送到腔室中之后，气密地关闭腔室，并向腔室内部提供热量以加热3D工件和工艺增塑剂，直到达到适当地低于工艺增塑剂在工作压力下的沸腾温度的工作温度。工作压力基本上等于大气压力加上工艺增塑剂的在工作温度下的蒸气压力。需要满足的一个重要条件是：3D工件的加热速度与工艺增塑剂的升温速度相同，并且在加热步骤期间以及一旦达到工作温度，腔室内的温度将尽可能地均匀，以确保处理中工件的表面和空气/蒸气混合物之间达到充分的热平衡。

操作参数为工作温度和处理持续时间，即3D工件暴露于工艺增塑剂蒸气的暴露时间。在3D工件始终暴露于工艺增塑剂蒸气的期间，3D工件必须与这些蒸气保持热平衡，并且必须保持在这种温度下，以阻止工艺增塑剂冷凝在其表面上。

工作温度取决于构成3D工件的材料、特别地取决于其玻璃化转变温度、和用作工艺增塑剂的液体的玻璃化转变温度，以及聚合物和被吸收的工艺增塑剂的重量比。

特别地，工作温度(T_es)必须高于增塑聚合物、即由聚合物和吸收在其中的工艺增塑剂组成的混合物的玻璃化转变温度，并且因此还取决于在所述混合物中的工艺增塑剂的重量浓度。存在本领域技术人员众所周知的经验公式，例如福克斯方程(1/T_mis＝w_p/T_p+w_pl/T_pl，其中，T_mis、T_p和T_pl是增塑聚合物、纯聚合物以及工艺增塑剂的玻璃化转变温度；w_p和w_pi是纯聚合物和被吸收的工艺增塑剂的重量分数；并且w_p+w_pi＝1)，用以获得聚合物混合物的玻璃化转变温度的粗略估计。

为了本发明的目的，即，在处理期间保持这种工件的表面软化以允许工件的表面层的结构重新布置，工作温度T_es比聚合物/工艺增塑剂混合物的玻璃化转变温度T_mis稍高、即高一些摄氏度℃，通常不超过10℃，并且实际上优选地不超过5℃就足够了。

与由于冷凝在3D工件表面层表面上的溶剂的作用而根据已知方法进行的3D工件表面层的增溶过程(工艺)不同，根据本发明的工艺增塑剂蒸气的吸收是相对缓慢的过程(工艺)，并且工艺增塑剂在聚合物中的渗透深度以及因此软化效果的深度取决于在工作温度下暴露于蒸气的持续时间，该时间范围从20至80分钟。

在本发明的示例性实施例中，其中构成3D工件的材料是ABS且工艺增塑剂是丙酮，工作温度包括在30℃至40℃之间，并且3D工件暴露于丙酮蒸气的暴露时间的范围从20至60分钟，优选地为30至50分钟，同时工作压力的范围从125至150kPa。

如已述的，3D工件暴露于工艺增塑剂蒸气的暴露时间决定了蒸气渗透的深度，并且因此决定了该处理产生的效果。作为指示，在上述实施例中，相对短的暴露时间(近似20至30分钟)产生穿透深度为100至200μm，而相对较长的暴露时间(近似50至60分钟)，穿透深度可能达到2至3mm。两种情况下的效果不同。在第一种情况下，使3D工件表面层软化，并且结果是使表面材料流动，因此获得所期望的使表面不平整(阶梯、孔隙率、条纹等类似物)光滑的效果。在第二种情况下，除了表面光滑效果之外，还发生了相对较深的软化和材料流动作用，涉及与蒸气暴露时间有关的表面下方的一定深度的层。在这种情况下，所涉及的层变得更软并且在单个层中互穿，从而增加了3D工件表面的机械阻力(强度)。

由于根据本发明的方法的这一特征，可以调节3D工件的暴露于工艺增塑剂蒸气的暴露持续时间，并且结果是，可以选择表面精整的期望类型：从利用较短暴露时间而简单地对表面进行光滑和抛光，到利用相对较长处理时间来增加3D工件的机械阻力(强度)。在这方面，值得注意的是，利用已知方法不可能以这种程度的暴露时间成功，因为3D工件表面持续暴露于冷凝的溶剂中会导致不可接受的材料流失。

将所需量的工艺增塑剂优选地作为预包装剂量提供。在根据本发明的方法中所必需的这种剂量的工艺增塑剂的体积适合于其中进行工作循环的腔室的体积(容积)。例如，剂量为60至80ml的丙酮足以用于如下的处理腔室：处理腔室的体积(容积)为27升，并且包含待处理的ABS的3D工件。通常，腔室的每升容积将需要2ml到10ml，优选地为2ml到5ml的工艺增塑剂，以获得所期望的工件表面精整。

一旦经过设定的暴露于工艺增塑剂蒸气的时间，就停止加热，并且在不从腔室移出被处理的工件的情况下，启动在处理腔室与空气/蒸气分离单元之间循环空气/蒸气混合物的步骤。在分离单元中，空气/蒸气混合物中存在的大部分工艺增塑剂蒸气通过冷凝分离，同时在处理腔室中的工件冷却下来，释放被吸收的工艺增塑剂蒸气。通过如下的过滤除去不能被冷凝的工艺增塑剂的残留部分，即，通过在取决于工艺增塑剂的化学特性而用于其吸收或中和的液体装置中将贫(lean)空气/蒸气混合物起泡来过滤。

在根据本发明的方法的等效替代实施例中，将存在于处理腔室中的3D工件和液态工艺增塑剂迅速加热到高于工作温度的温度(在ABS/丙酮的情况下，加热到高于50℃的温度，优选地不高于70至80℃以避免损坏待处理的3D工件的任何风险)，然后自然冷却至工作温度，或者通过冷却装置带走热量以加快过程。同样在这种情况下，重要的是通过由空气和工艺增塑剂蒸气形成的混合物的持续循环而在腔室内保持的最大程度的均匀的温度。

在本发明的另一个实施例中，可以在诸如CO₂或N₂气氛之类的惰性气氛中进行3D工件的表面精整处理。当必须绝对确定在物理上不可能发生燃烧反应时，该方案可以是有利的。

仍然根据本发明的方法的另一实施例，可以在低于大气压的工作压力下进行3D工件的表面精整处理。当形成3D工件的塑料材料需要在大气压下具有低蒸气压和/或较高沸点的工艺增塑剂或者与之相容时，这可能是必要的，由此将需要对应地较高工作温度。例如，在3D工件由聚乳酸制成的情况下，可能有利的是使用1，2-二氯乙烷作为工艺增塑剂，其在大气压下沸点为84℃，并且在30℃至40℃的工作温度下所具有的蒸气压太低而无法产生适合于实现工件表面软化的空气/2，2-二氯乙烷蒸气混合物。相反，这样的工作温度可以当在约270mmHg的被减少的压力下操作时使用。

根据本发明，还提供了一种用于对通过3D打印获得的塑料材料制成的工件[“3D工件”]进行表面精整的设备。参考图1和图2，根据本发明的总体上用1表示的设备包括外部壳体10，壳体10为大致平行六面体的形状，由金属或任何其它合适的硬质材料制成，在壳体10中放置箱状腔室11，该箱状腔室11可由铰接到壳体10的边缘的盖部12气密地密封。特别地，壳体10具有上部面10a，可从该上部面10a通达箱1，并且盖部12铰接到面10a的一侧。盖部12和箱11之间的气密密封通过布置在箱11的边缘上方的例如O形圈型的密封件13确保。

箱11被设计成包含如上所定义的来自3D打印工艺并且需要通过暴露于合适的工艺增塑剂的蒸气来进行表面精整处理的一个或多个工件。箱11由能够在处理的温度和压力条件下抵抗与所述工艺增塑剂的蒸气接触的材料制成，并且优选由钢制成。

外部壳体10用作用于箱11和设备的其它部件的保护容器，这些部件布置在壳体10与箱11之间的间隙中，并且外部壳体10包括保持箱11和这些部件的内部结构。特别地，在图2、3和4中用14指示的结构由金属框架形成，该金属框架限定了壳体10的内边缘，箱11和其它部件由该内边缘借助于未示出的横杆和托架支承。

如图2中所示，加热构件15固定到箱11的底部的外侧，并且冷却风扇16设置在箱11的内部壳体54的侧壁和底部中的每一个处，而箱11的内部壳体54的侧壁和底部围绕箱11界定隔热空间55。可选地，甚至在箱11的侧壁处也可以设置附加的加热构件17。

在箱11的底部布置有由电动机19致动的内部风扇18，该内部风扇18用于确保由空气和工艺增塑剂蒸气(在本说明书和所附权利要求书中也称为“空气/蒸气混合物”)形成的混合物的均匀扩散，特别是要避免蒸气在其底部分层并有助于提高箱内混合物的温度。

在本发明的特别优选的实施方案中，提供了一种工艺增塑剂馈送系统，其使用预先包装剂量形式的经计量的增塑剂。图3中示意性所示的增塑剂馈送系统放置在内部壳体54的外部，靠近储箱11。工艺增塑剂馈送系统包括用于包含增塑剂的囊状件C的壳体20，其可通过升高的盖部12来接近。在将囊状件C定位在壳体20中之后，当关闭盖部12时，合适的刺穿机构刺穿该囊状件，由此包含在其中的增塑剂流出并流过导管21，导管21从壳体20的底部延伸到箱11的靠近其底部的内部。

在图7中，示出了工艺增塑剂馈送系统的放大轴向截面图。密封件56设置在壳体20的底部，放置在囊状件C和壳体20的底壁之间，围绕导管21的入口，以阻止工艺增塑剂蒸气在处理期间逸出。在图7中，还示出了囊状件C的刺穿机构的实施例，囊状件C包含着一定剂量的本发明的设备所配备的工艺增塑剂。刺穿机构包括圆形或半圆形的刀片48，刀片48与导管21同轴，在囊状件壳体20的底部处从靠近导管21的入口横向布置的多孔板49延伸。刀片表面具有平行于导管21轴线的邻抵部或凸台50，凸台50用于一旦刀片已经切割就向上推动囊状件C的闭合箔，因而有助于工艺增塑剂从囊状件C迅速流出。显然地，可以使用本领域中已知的其它等效的刺穿系统作为替代。

馈送系统还包括囊状件识别(recognition)系统，该囊状件识别系统被设计成将囊状件识别(identify)为新的且具有经认证的来源，该囊状件识别系统包括用于读取在囊状件上印刷、施加或以其它方式提供的条形码或RFID标签的光学读取器22。光学读取器22靠近壳体20放置，并且一旦囊状件通过形成在壳体20的壁上的窗口20a而定位在壳体20中，就可以读取囊状件上的代码或标签。读取的肯定结果能使盖部12闭合。

该设备还包括通过在处理循环结束时蒸发的工艺增塑剂的冷凝的回收系统。更具体地，工艺增塑剂回收系统包括：增塑剂冷凝器24和用过的增塑剂收集箱26，来自箱11的空气/蒸气混合物通过用于输送空气/蒸气混合物的防爆泵25馈送给增塑剂冷凝器24，用过的增塑剂收集箱26通过导管23接收冷凝的工艺增塑剂，同时空气从同一个泵25抽吸并返回到箱11。

如图5所示，在本发明的本实施例中，冷凝器24是热电式冷凝器，包括特别是具有方形基部的由金属制成的中空直角棱柱体27，在与棱柱体27同一金属材料内部具有鳍片28。空气/蒸气混合物在本体27中循环，并且工艺增塑剂在其中冷凝。本体27与外部气密地隔绝，以避免任何工艺增塑剂蒸气泄漏的风险。鳍片28被放置成与本体27的内表面接触，从而确保热连续性，并且均匀地占据本体27的容积。两个珀耳帖单元29分别布置在本体27的两个相对侧上，其冷侧面朝本体27的。珀耳帖单元29的冷侧与本体27的相应侧之间的接触导致鳍片28冷却。冷却流体循环在其中的金属盘管30与珀耳帖单元的热侧接触，以除去由珀耳帖单元的热侧产生的热量。

如图6中所示，冷却流体在闭合(封闭)回路中循环，该闭合回路包括循环泵31、散热器32和导管33、34、35，散热器32用于交换由冷却流体传递的热量，导管33、34、35分别在泵31与散热器32之间、散热器32与第一盘管30之间以及另一个盘管30与泵31之间。两个盘管30通过另一导管36串联连接。散热器32借助于风扇(未示出)并且通过形成在外部壳体10的背面上的格栅(也未示出)将产生的热空气排放到外部。

在本发明的另一实施例中，可以在本体27的另两个相对侧面上设置带有相关联的冷却盘管的两个附加的珀耳帖单元(未示出)，以增加冷凝器24的冷却能力。

两个连接器37(图5中只有一个可见)从本体27的上部面和下部面延伸出，用于使冷凝器24与箱11连通的导管以及用于使冷凝器24与工艺增塑剂收集箱26连通的导管23。在本发明的另一个实施方案中，冷凝的工艺增塑剂保持在冷凝器底部直至冷凝步骤结束，然后通过打开专用阀而被排出。

工艺增塑剂收集箱26具有用于导管(未示出)的连接件38，该导管用于与泵25连通以便抽吸空气和未冷凝的增塑剂的混合物并将其再循环到箱11中的，以用于随后在冷凝器24中穿过，直到工艺增塑剂的含量达到预定值(例如，囊状件输入的量的70％)。

在冷凝步骤结束时，箱11中仍存在一些与空气混合的气相的工艺增塑剂。为了将工艺增塑剂的量进一步减少到略微可检测的嗅觉水平，箱11中存在的包含少量工艺增塑剂蒸气的空气被泵25抽吸，并且穿过包含能够吸收或中和残留的工艺增塑剂的液体的过滤器，例如当工艺增塑剂是丙酮或其它水溶性物质时图2、3和4中示意性示出的水过滤器39。

还参考图8，水过滤器39包括装有水的容器39a，在容器39a中，经抽吸的空气借助于商业类型(例如矿物多孔石、微穿孔管以及类似物)的曝气装置40鼓泡，曝气装置40能够产生尽可能小的气泡，清楚表明的是，过滤的效果直接取决于该因素以及在水中气泡的路径。如此处理的空气具有的工艺增塑剂的残留含量，以允许排放到大气中，以及，过滤水中增塑剂的浓度达到允许排放到下水道的水平。显然地，上述清洗系统仅在工艺增塑剂为水溶性的情况下可用。

参考图9至图13，描述了用于通过3D打印获得的制品的表面精整的设备的另一实施例，其中可以执行根据本发明的方法。该实施例被设计成进一步提高设备的紧凑性。在图9-12和图1-7中，相同的部件用相同的附图标记表示。

特别参考图9和图10，根据本发明的设备总体上用1表示，设备1包括外部壳体10和箱状腔室11，外部壳体10为了清楚起见在图中被部分地除去，形状通常为平行六面体，由金属或其它适合的刚性材料制成，箱状腔室11可与由铰接到壳体10的边缘的盖部12气密密封。特别地，壳体10具有上部面10a，可从该上部面10a通达箱11，并且盖部12铰接到面10a的一侧。盖部12与箱11之间的气密密封是通过沿箱11的边缘放置的例如O形圈的密封件(不可见的)来确保的。透明窗口41设置在盖部12上以便视觉控制处理中的工件。

外部壳体10用作用于箱11和布置在壳体10与箱11之间的间隙中的设备的其它部件的保护容器，并且包括保持箱11和所述部件的结构14。

像参考图1至图7描述的实施例一样，箱11在底部上配备有加热构件(未示出)，而其他可选的加热构件可以设置在箱11的侧壁处。

同样，提供了一种工艺增塑剂馈送系统，该系统使用以预包装囊状件形式的一定剂量的增塑剂。图9和图10中示出用于包含液体增塑剂的囊状件的壳体20、囊状件识别系统和用来刺穿囊状件的相关刺穿机构，包含在囊状件内的增塑剂流出并流过导管21，而导管21从壳体20的底部延伸到箱11的靠近其底部的内部。电磁阀61安装在导管21上，以便在打开时允许液体外流向箱11，并在关闭时确保箱11加压。作为刺穿机构，使用已经参照图7描述的刺穿机构，但是本领域中已知的任何等效的刺穿系统可以用作替代。

设备还包括通过冷凝的经蒸发的工艺增塑剂的回收单元，该回收单元在工件暴露于箱11中的工艺增塑剂蒸气的暴露结束时开始工作。在本发明的本实施例中，该单元既不与箱11分离，也不通过管道与箱11相连，也不利用泵递送的蒸气流，而是通过其冷凝器焊接到箱11。特别参考图11、12和13，该单元包括热电类型的蒸气冷凝器70和用于除去冷凝热的热交换器71。同样在这种情况下，热电冷凝器配备有图13中所示的珀耳帖单元72。珀耳帖单元72安装在冷凝器70与热交换器71之间，并且更确切地说，安装在冷凝器70的外侧，而其与外侧相反的内侧则面向箱11。珀耳帖单元72的冷侧面朝冷凝器70，而热侧则面朝热交换器71。冷凝器70在内部设计有鳍片，并通过在其内侧上形成的至少两个开口73和74与箱11连通，开口73和74用于富工艺增塑剂蒸气的混合物的入口，以及用于返回箱11的贫工艺增塑剂蒸气的混合物的出口。通过冷凝器70的空气/蒸气混合物循环通过磁力驱动风扇78和相关联的电动机75控制。风扇78位于冷凝器70内的冷凝器70的鳍片部分上方，轴向地对准开口73，并通过开口73从箱11中抽吸空气/蒸气混合物，将其递送到由珀耳帖单元冷却的冷凝器的内鳍片之间，并朝向出口74递送。在与鳍片接触时，一部分工艺增塑剂蒸气在重力作用下冷凝(凝结)并落在冷凝器盒(box)的底部70a上，它们一直停留在该处直到工作循环结束。从冷凝器底部延伸的排放管76配备有电磁阀77，该电磁阀77被打开以将冷凝的工艺增塑剂排放到容器(未示出)中。

珀耳帖单元的热侧通过内部电动机驱动风扇79由鳍片式热交换器71进行空气冷却，如图13所示。

在冷凝步骤结束时，箱11中仍存在一些与空气混合的气相的工艺增塑剂。为了将工艺增塑剂的量进一步减少到略微可检测的嗅觉水平，箱11中存在的包含少量工艺增塑剂蒸气的空气被泵81抽吸，并穿过过滤单元39。过滤单元39等于已经针对图1至图7的实施例所描述的过滤单元，并且本文完全参考该过滤单元。过滤单元39包含能够吸收或中和残留的工艺增塑剂的液体，例如当工艺增塑剂是丙酮或其它水溶性物质时为水滤过器。泵81抽吸周围的空气，并通过配备有电磁阀83的管道82将其递送到箱11。含有残留蒸气的空气/蒸气混合物从箱11中通过配备有电磁阀85的管道84出来，以便被馈送到过滤单元39。

值得注意的是，在本发明的本实施例的设备中，泵81仅用于过滤单元39，而甚至不像前述实施例的泵25那样用于冷凝器单元来回收工艺增塑剂。这使得在一侧上的系统简化，并在另一侧上可能使用标准泵，并且最终使得更便宜和更紧凑的设备。

还值得注意的是，在本发明的本实施例中，维持热空气/蒸气混合物在箱11内的运动的基本功能不是由放置于箱11的底部处的专用风扇18来实现的，而是由冷凝器70的风扇78来实现的，即使在冷凝器不工作，同时当珀耳帖单元关闭，或者可能地保持它们打开但极性相反时，风扇78也可以在更高的速度下运行，从而加热冷凝器鳍片，以避免工艺增塑剂在处理循环中冷凝。因此，该实施例的另一个优点是，不存在位于箱11内的循环风扇11和相关的电动机，而不会不利地影响设备性能。

在下文中，还将参考图8中示意性示出的工艺增塑剂循环和图14的流程图来描述设备操作。

操作过程基本上包括四个主要操作步骤。这些步骤如下：

·工艺增塑剂的蒸发：在此步骤中(开始被预先定位在箱11中的3D工件的处理循环)，加热构件15提高了液相的工艺增塑剂(也被预先冲入箱11中)的温度，因此对应地增加了箱11中存在的空气/蒸气混合物中的增塑剂蒸气量。在处理中，通过风扇18或风扇78在箱11中连续移动的空气/蒸气混合物接触工件，加热工件从而与工件建立热平衡条件。

·一旦达到平衡工作温度，则在处理期间工艺增塑剂蒸气被分子吸收到3D工件中，该平衡工作温度在箱11中通过供热得以维持，并且由于风扇18或风扇78的作用而使热均匀性也很高。

·工艺增塑剂回收：一旦暴露于工艺增塑剂蒸气的暴露步骤结束，该工艺增塑剂蒸气将通过冷凝器单元循环，然后转化为液体。在该步骤中，由于物理和技术限制，可能仅将一定百分比的工艺增塑剂转化为液体，而不是其100％。

·过滤：仍以气相存在于空气/蒸气混合物中的工艺增塑剂，特别是在水过滤器39内被过滤以便从中除去工艺增塑剂的任何残留物。

在图8中详细示出了图1至图7中所示的根据本发明的实施例的设备中的工艺增塑剂循环。

设备操作是不连续的。在将待处理的部件定位在箱11中之后工艺增塑剂以适合箱11容积的预定剂量馈送，在该位置处设置了的适合的工件支承件(未示出)。有利地，工艺增塑剂的预定剂量包含在金属材料(例如铝)或塑料材料或与增塑剂相容的材料的筒或囊状件C中，该筒或囊状件C设置有旨在被刺穿的盖子或部段。未打开的囊状件C被放置在壳体20中并且由光学读取器23识别，该光学读取器23使得盖部12能够被气密地关闭。在关闭时，盖部12将囊状件C推抵壳体20底部处的刺穿构件48，由此囊状件打开并且其内容物通过导管21流出至箱11。应当注意，为了阻止任何工艺增塑剂蒸气逸出壳体20，在盖部12与壳体20的入口之间放置密封件56，或者可以在如图10所示的壳体21的出口侧或箱11的入口侧处在导管21上设置开闭电磁阀61。

通过经由位于箱11的底部的加热构件15供应热量来加热箱11中的工艺增塑剂。风扇18或图9-13的实施例中的风扇78保持运行以便促进工艺增塑剂蒸气在箱11的整个容积(空间)内的均匀扩散，并且在箱11的内部气氛中保持均匀的温度。在接触要处理的3D工件的表面时，循环空气/蒸气混合物中包含的工艺增塑剂蒸气被3D工件吸收并渗透到3D工件的表面中，与聚合物材料或其成分形成均质混合物，并且因而降低了材料的T_G，该工件的温度基本上等于围绕该工件的空气蒸气混合物的温度。放置在箱11侧壁上的加热构件17使这些壁保持温暖，因而阻止接触它们的溶剂的任何冷凝。

可以通过放置在盖部12上的透明窗口41跟踪处理结果，以允许操作者检查所获得的精整效果是否是所需的，并在进入工艺增塑剂回收步骤之前，根据需要决定是否延长处理时间或更改某些工作参数或重复整个循环。

在3D工件处理步骤结束时，即3D工件表面达到所需的精整程度时，空气和工艺增塑剂蒸气的混合物以及液态增塑剂存在于箱11中。要避免以下这种情况，当打开盖部12时，在启动开口冷凝器24之前，操作者与增塑剂蒸气接触或增塑剂蒸气散布在工作环境中。参考图8的示意图，分别打开箱11与冷凝器24之间和冷凝器24与泵25之间的导管上的两个电磁阀42和43，并启动泵25，因而开始被集中(浓缩)的空气/蒸气混合物在箱11与冷凝器24之间的循环以及被稀释的混合物到箱11的循环，同时逐渐冷凝的增塑剂被收集在容器26中。

在每个珀耳帖单元的冷侧处，冷凝器的工作温度约为-15℃，所述温度在单元启动后约5分钟内达到。根据图9至图13的设备以类似的方式操作，除了泵81仅用于将贫蒸气的空气/蒸气混合物馈送到最终的水过滤器中。

当大约70％的增塑剂蒸气被冷凝时，两个电磁阀42和43关闭并且两个电磁阀44和45打开，分别在被排放在箱11中的泵25的环境空气抽吸侧上和将稀释的空气/蒸气混合物从箱11输送到起泡器39a导管上。存在于起泡器39a底部处的曝气器40使混合物的流破碎成小的泡泡，这些小的泡泡朝着存在于起泡器中的水的表面上升。在该路径期间，仍存在的工艺增塑剂溶解，形成基本上无味的、非常稀的(<5％)增塑剂水溶液。在过滤步骤结束时，一旦关上泵25并关闭所有阀，就可以提升盖部12并移出完成的3D工件。设置有排气孔以用于排放仅包括增塑剂的痕迹的空气。

被收集在容器26中的冷凝的工艺增塑剂通过经过进入端口46到达容器26来将其抽出并排空而被回收，而第二进入端口47允许将起泡器39a抽出以将其排空。在图1中以不连续线示出的两个端口被设置在设备1的外部壳体10的侧面上，并且包括检查窗口51和52。

上述设备的操作由电子卡53中容纳的微处理器执行的程序来管理，该程序控制操作步骤的开始和停止以及每个步骤的持续时间，每个步骤在每次处理开始时设置，并根据工件的形状和其它标准确定。通常，无论待处理的工件形状如何，大多数操作参数是固定的并且在程序中预先设置，使用者只需要在两个或三个处理级别(处理级别与暴露于增塑剂蒸气的暴露时间成正比)之间选择。显然，将可以访问(达到)定制功能，以基于特殊形状的3D工件的特殊需要或获得的工作经验来选择各种操作参数。

管理根据本发明的设备的工作循环的程序从放置在箱11中的适合的传感器(例如，图10的压力传感器80)接收压力和温度信号，并因此借助于冷却风扇17(如果需要并且如果安装)控制来自加热构件15、侧加热构件17的热流。程序还通过放置在增塑剂回收单元中的温度传感器来控制冷却液的流率和冷凝步骤的持续时间。

应当理解，在根据本发明的方法的操作条件下，避免了在待处理工件的表面上形成冷凝的工艺增塑剂。这主要是由于在工件表面与在箱11中循环的空气/蒸气混合物之间保持恒定的热平衡。这样，确保了增塑剂蒸气仅与工件表面接触并渗透到其中。渗透过程相对较慢并且当溶剂冷凝在工件上时无法发生，诸如在根据WO2010002643的过程中，其中在工件表面上存在冷凝的溶剂，除了阻碍与蒸气的接触之外，还产生了快速的表面增溶作用，该表面增溶作用还由于使用了碳氟化合物溶剂而增强，在ABS工件的情况下，碳氟化合物溶剂也溶解了聚合物的聚丁二烯相。

在以下示例中，示出了根据通过3D打印获得的工件的表面精整方法操作的设备的性能。除另有说明外，这些测试中的每个样品均通过佐特克斯M200(Zortrax M200)3D打印机使用专用的细丝Z-ABS打印。除非另有说明，否则使用的打印选项是预设在Z-suite软件中的20％的“网眼”模式。根据本发明的方法的处理以如下经优化的参数进行：工艺增塑剂蒸气的暴露时间：50分钟；工作温度：35℃。

示例1

研究了在聚合物中工艺增塑剂(特别是丙酮)严格与暴露时间相关联的渗透与机械和美学性能之间的关系。使用佐特克斯M200(Zortrax M200)以最大填充度打印的样品(ABS佐特克斯制造的4个大尺寸平行六面体，尺寸为80x10x4 mm)被以不同的时间(30、60和90分钟)处理。在根据本发明的方法操作的设备中进行处理之后，工件的SEM图像在捕捉到样品低温断裂之后可见。以这种方式，可观察到丙酮至多渗透到等于1.5mm的长度(90分钟的测试)。基本上，随着时间的流逝，丙酮的渗透会越来越深，因此形成在渗透轴线上更大的浓度梯度(意味着聚合物中丙酮的含量)。

测试结果示出在下面的表1中。

表1

分钟	渗透(mm)
		30	可忽略的
60	1.1
		90	1.5

样品的SEM捕捉图像显示，在处理后，ABS样品的粗糙度显著降低。参见图15(放大率100倍)和图16(放大率5000倍)，分别示出了处理之前以及之后，通过液氮造成(获得)的断裂截面和平行六面体表面的一部分的正视图。粗糙明显出现在左侧图像中，而在右侧图像中可以忽略不计。

示例2

为了测试在根据本发明的方法操作的设备中处理的样品的机械性能，以简单打印的样品为标准进行了IZOD测试。所得结果示于表2中。佐特克斯(Zortrax)和梅克博特(Makerbot)是该在测试中使用的两种细丝。所有样品均用佐特克斯M200打印。

表2

细丝	未处理(kJ/m<sup>2</sup>)	经处理(kJ/m<sup>2</sup>)	改善(％)
				佐特克斯，45°角	7±0.6	11.7±1.1	+57
佐特克斯，0角°	9.8±0.3	16.2±0.1	+65
				梅克博特，45°角	9.6±0.8	12.2±1.4	+27
梅克博特，0角°	14.4±1.3	15.8±1.1	+2.5
				佐特克斯，垂直	1.3	4.3±0.5	+230
梅克博特，垂直	5.0±0.5	16.8±0.4	+236

重要的是注意，打印的定向影响冲击强度，并且总体上影响被打印的工件的机械性能。通过NMR分析发现，梅克博特ABS所具有的丁二烯含量更高(在佐特克斯中为50％的苯乙烯相，而梅克博特中仅为35％的苯乙烯相)，并且这就解释了为什么该处理对梅克博特工件的机械性能改善的影响较小。实际上，与根据本发明的处理一起使用的增塑剂与ABS的苯乙烯相相互作用，而其相对于丁二烯相是惰性的。

还对利用相同时间处理的样品进行了IZOD测试，用于研究上述增塑剂的渗透性。下面的表3中示出了通过对每个样品进行的三次测试获得的结果。

表3

未处理	30minutes	50minutes	90minutes
				11.8±1.2kJ/m<sup>2</sup>	16.1±0.3kJ/m<sup>2</sup>	17.5±0.8kJ/m<sup>2</sup>	20.1±2.0kJ/m<sup>2</sup>

从以上描述可以清楚地看出，根据本发明的设备和方法完全实现了上述目的。

通常，相对于执行表面精整处理的其它设备，所描述的设备具有如下的优点：既不向被处理的工件上添加材料也不减少材料。根据本发明的方法的表面精整在所有方面上是被处理的工件的表面层的重新布置。消除了不均匀性并使表面更均匀。相对于诸如打磨、滚筒抛光等的技术，没有材料除去。相对于涂装等，没有添加材料。

相对于进行表面化学精整的设备，由于在3D工件的处理期间基本上没有冷凝的形成，因此获得了精整过程的更精确的控制，而不会由于流失和/或冷凝积聚而损失塑料材料，并且由于可以控制工艺增塑剂蒸气的渗透深度，因此可以获得3D工件的表面机械阻力(强度)的增加。

相对于根据已知技术的用于3D工件的表面精整的设备，本发明的设备具有如下优点：相对较小的尺寸和重量，以及即使在非工业环境中也可以自动化且安全地使用。从使用者的角度来看，一个重要的优点是易于使用并且几乎完全不与工艺增塑剂接触，无论是在处理准备步骤中的液体形式的工艺增塑剂，还是在处理期间和之后的蒸气形式的工艺增塑剂。

设备的紧凑性也源于热电冷凝器的使用。相对于诸如在蒸馏过程中使用的那些冷凝器，本方案的优点在于具有通过热电元件而不是通过与发生冷凝的表面接触的液体提供的冷却类型。这允许更紧凑的设计，也因为不需要在冷凝温度下冷却上述液体。相对于诸如用于除湿机中的那些热电冷凝器，本文使用的冷凝器具有如下的特征，即与外部完全隔绝、气密以用于在冷凝机器不将蒸气散布到环境中的目的。

本发明的设备中使用的冷凝器另一个优点在于组成材料的使用，所使用的材料是金属的，并且既导热又导电，允许快速冷却珀耳帖单元并且同时阻止可能点燃易燃蒸气的静电荷的积聚。

最后，值得注意的是，尽管本说明书参考了通过3D打印获得的由塑料材料制成的工件，但是本发明的基本概念意在可以应用到通过不同技术制成，但是具有相同问题并且能够用相容的工艺增塑剂(在本文中使用的含义)进行处理，以获得更好的表面精整和增加的表面机械阻力(强度)(强度)的物体、制品和产品。

应当理解，尽管已经参考了使用可刺穿囊状件形式的预包装剂量的优选的工艺增塑剂馈送系统，但是可以以常规方式通过计量泵和相关联的增塑剂箱来馈送受控剂量的工艺增塑剂。

可以对通过3D打印获得的由塑料材料制成的部件进行表面精整的方法和设备进行这些和其它变型和/或修改，而不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的范围。

Claims (26)

1.一种用于通过3D打印获得的由塑料材料制成的工件的表面精整的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)将需要处理的至少一个工件放置在配备加热装置的气密密封的腔室中；

b)在所述腔室中馈送受控量的液体工艺增塑剂；

c)在步骤a)和步骤b)完成之后，气密地关闭所述腔室并启动所述加热装置以将所述腔室中的温度提升至低于所述工艺增塑剂的沸腾温度的工作温度，由此在所述腔室中形成空气和所述工艺增塑剂的蒸气的混合物；

d)在所述腔室中保持所述空气/蒸气混合物的持续循环，因为启动了所述加热装置以维持所述腔室内的温度和工艺增塑剂蒸气浓度的均匀，并且确保同时地加热所述工件从而其所述工件的表面温度基本等于所述混合物的温度，并且在所述表面上不发生所述工艺增塑剂蒸气的冷凝；

e)将所述工件保持在所述工作温度预定时间，所述预定时间足以允许所述工艺增塑剂蒸气与所述工件的表面之间直接接触，并且吸收所述蒸气直至所述工件的表面下的所期望的深度，所述工作温度与所述塑料材料和被吸收的所述工艺增塑剂蒸气的混合物的玻璃化转变温度相比高不超过10℃；

f)在所述预定时间过去之后，停止所述加热并且，在不将被处理的所述工件从所述腔室取出的情况下，启动所述空气/蒸气混合物在处理用的所述腔室和蒸气分离装置之间的循环，其中存在于所述空气/蒸气混合物中的所述工艺增塑剂蒸气的大部分通过冷凝来分离，而所述工件在处理用的所述腔室中冷却，释放所述工艺增塑剂蒸气；

g)从所述腔室中移出被处理的工件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作温度比所述塑料材料和所述工艺增塑剂的混合物的玻璃化转变温度高不超过5℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述工件暴露于所述工艺增塑剂蒸气的时间为20至80分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺增塑剂以包装剂量提供，所述包装剂量的容积适合于所述处理腔室的容积，所述工艺增塑剂的量在每升所述腔室的容积2至5ml的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过冷凝的所述工艺增塑剂的分离步骤之后，在能够吸收或中和残留的工艺增塑剂的液体中过滤所述残留的空气/蒸气混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述腔室中包含与所述工艺增塑剂的蒸气混合的惰性气体。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理腔室中的工作压力为125至150kPa。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理腔室中的工作压力低于大气压。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理腔室中的温度迅速升高至所述工作温度上，然后降低至所述工作温度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待处理的所述工件由ABS制成，并且所述工艺增塑剂为丙酮，所述工作温度在30和40℃之间。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处理时间包括在30分钟与50分钟之间。

12.一种用于对通过3D打印获得的塑料材料制成的工件进行表面精整的设备，所述设备包括：

-腔室(11)，所述腔室(11)用于包含需要这种处理的至少一个工件；

-用于向所述腔室的底部馈送受控量的液体工艺增塑剂的装置(20、22)；

-加热装置(15、17)，所述加热装置至少放置在所述腔室的所述底部处；

其特征在于，

所述腔室是能够气密地密封的，由此，在气密地密封所述腔室并且启动所述加热装置时，形成空气和所述工艺增塑剂的蒸气的混合物，并且将空气/蒸气的所述混合物的温度升高至低于所述工艺增塑剂的沸腾温度；

-用于在加热步骤期间以及在维持在工作温度下预定时间的步骤期间，使所述空气/蒸气混合物在所述腔室(11)内均匀循环的循环装置，所述预定时间足以允许所述增塑剂蒸气与所述工件的表面的直接接触，并且吸收所述蒸气直至所述工件的表面下的所期望的深度；

-用于从所述空气/蒸气混合物中分离所述工艺增塑剂蒸气的分离装置，所述分离装置能够被放置成一旦已经经过所述预定暴露时间就与气密密封的所述腔室连通。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，用于馈送受控量的工艺增塑剂的装置包括用于一包装计量的所述工艺增塑剂的壳体(20)和用于使所述壳体(20)与所述腔室(11)连通的导管(21)。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述包装剂量为可刺穿囊状件(C)的形式，用于刺穿所述囊状件(48)的装置设置在所述壳体(20)的底部，以允许所述囊状件的内容物通过所述导管(21)流入到所述腔室中。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，设置光学检测装置(22)以用于检测所述囊状件上的预定识别标记，从而能够刺穿囊状件。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的设备，其特征在于，在所述腔室(11)中设置所述循环装置，并且所述循环装置是风扇，所述风扇由外部电动机装置(19)供电，以形成空气/蒸气混合物的循环以及所述混合物在所述腔室内的均匀分布。

17.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，用于从所述空气/蒸气混合物中分离所述工艺增塑剂蒸气的所述分离装置包括热电冷凝器。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述热电冷凝器是在闭合回路中由冷却流体冷却的珀耳帖单元类型。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述分离装置包括本体(27)，所述本体具有气密密封的内部部分，所述内部部分包含热连接到所述珀耳帖单元的热侧的鳍片(28)，所述内部部分构造成定位成通过泵(25)与所述腔室(11)连通，以使所述空气/蒸气混合物在所述本体(27)的内部部分中循环。

20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述分离装置是热电冷凝器，所述热电冷凝器是珀耳帖单元冷凝器(72)，并且通过在所述腔室内部的一侧上形成的开口(73、74)与所述腔室(11)直接连通，相对侧与所述珀耳帖单元(72)的冷侧接触，用于使所述空气/蒸气混合物在所述腔室与所述热电冷凝器之间循环的循环装置放置在所述开口(73)中的一个处，所述珀耳帖单元的热侧与热交换器装置(71)接触以除去产生的热量。

21.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在所述腔室(11)的侧壁处设置附加的加热装置(17)。

22.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括过滤装置(39)，所述过滤装置(39)构造成定位成在空气/蒸气混合物已经于所述分离装置中处理完之后与所述腔室连通。

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述过滤装置包括浸入液体中的起泡器装置(40)，所述液体能够吸收或中和在所述分离装置中处理后包含在所述空气/蒸气混合物中的残余工艺增塑剂。

24.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括用于冷却所述腔室(11)的外部安装的冷却装置(16)。

25.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述腔室(11)为箱的形状，处于包含并支承所述箱的外部壳体(10)内，所述箱能通过盖部(12)气密密封，在所述外部壳体(10)中设置有与所述箱界定出间隙(55)的隔绝的内部壳体(54)，用于提供受控量的所述工艺增塑剂的装置(20、22)和所述空气/蒸气混合物的所述分离装置被包含在外部壳体(10)中。

26.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括用于管理所述设备操作的微处理器装置(53)。

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