本技術(shù)涉及3d打印，特別是一種用于減小成型件變形的3d打印溫度控制裝置及3d打印機(jī)。

背景技術(shù)：

1、3d打印技術(shù)，又稱增材制造技術(shù)，當(dāng)前使用較多的一種3d打印技術(shù)為熔融沉積成型(fdm)技術(shù)，該技術(shù)可以將絲狀原材料加熱至熔融態(tài)，通過(guò)可移動(dòng)噴嘴將熔融態(tài)材料擠出在平面上，絲材固化后便可形成實(shí)體，這種打印技術(shù)使用起來(lái)十分便捷，能夠滿足個(gè)性化制作需求，且成本較低，因此得到了廣泛應(yīng)用。

2、在熔融沉積成型3d打印過(guò)程中，打印噴頭可將原材料加熱至210℃以上，此時(shí)材料為熔融態(tài)，材料經(jīng)噴頭擠出后，驟冷至100℃以下，會(huì)引起打印件變形，且已成型實(shí)體各層之間的材料溫度不一致，在冷卻過(guò)程中的收縮應(yīng)力不相同，會(huì)引起翹曲變形，嚴(yán)重影響了3d打印的精度。

3、針對(duì)熔融沉積成型3d打印的溫度補(bǔ)償裝置，現(xiàn)有技術(shù)主要是對(duì)打印熱床進(jìn)行加熱，但此種裝置的傳熱效率不高，僅對(duì)已成型實(shí)體的底層部分有保溫作用，無(wú)法對(duì)整個(gè)已成型實(shí)體進(jìn)行良好的加熱，已成型實(shí)體的各層之間的溫度依舊存在較大的差異，且無(wú)法解決打印噴頭擠出的絲材出現(xiàn)驟冷變形的問(wèn)題。

4、針對(duì)熔融沉積成型3d打印提出的改進(jìn)型溫度補(bǔ)償裝置，現(xiàn)有技術(shù)主要是對(duì)3d打印機(jī)箱的腔體進(jìn)行加熱，使打印過(guò)程中的腔體溫度處于較高溫度下，但此種加熱裝置無(wú)法實(shí)時(shí)控制腔體溫度，容易造成打印件表面溫度過(guò)高，影響材料凝固速率，降低材料的支撐性能。

5、針對(duì)熔融沉積成型3d打印提出的改進(jìn)型散熱裝置，現(xiàn)有技術(shù)主要是使用風(fēng)扇對(duì)打印機(jī)腔體內(nèi)部進(jìn)行無(wú)差別降溫，但此種裝置容易造成打印機(jī)腔體內(nèi)部各區(qū)域溫度不均，打印成型的實(shí)體各部位冷卻速度差異較大。

6、針對(duì)熔融沉積成型3d打印提出的噴頭溫度補(bǔ)償裝置，現(xiàn)有技術(shù)主要是對(duì)3d打印噴頭的溫度進(jìn)行補(bǔ)償，提升打印噴頭的溫度，使噴頭擠出的原材料溫度更高，但此種加熱裝置的工作溫度過(guò)高，會(huì)使已凝固的實(shí)體再次液化，減小材料之間的支撐力，且長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性不佳，易損壞加熱噴頭。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出了一種用于減小成型件變形的3d打印溫度控制裝置及3d打印機(jī)。

2、本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

3、(一)一種用于減小成型件變形的3d打印溫度控制裝置

4、所述溫度控制裝置用于3d打印機(jī)，所述3d打印機(jī)包括機(jī)箱、熱床、打印噴頭、3d打印噴嘴、熱床伸縮桿。所述溫度控制裝置包括：

5、打印點(diǎn)溫度控制單元，用于調(diào)控打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面的材料溫度，所述打印點(diǎn)位于所述3d打印噴嘴下方；

6、環(huán)境溫度控制單元，用于調(diào)控已成型實(shí)體外部的環(huán)境溫度，所述已成型實(shí)體放置于熱床上方；

7、打印件散熱單元，用于對(duì)打印完成的實(shí)體進(jìn)行散熱，使得打印件實(shí)體整體處于同一冷卻速率下，保持均勻散熱。

8、其中，所述的打印點(diǎn)溫度控制單元包括多個(gè)高溫加熱燈、至少一個(gè)第一溫度傳感器、高溫加熱燈溫度控制模塊以及多個(gè)凹面鏡；所述的多個(gè)高溫加熱燈以3d打印噴嘴為中心，并且沿3d打印噴嘴的任一徑向平面呈中心對(duì)稱、間隔均勻布置；所述的第一溫度傳感器布置于所述3d打印噴嘴的一側(cè)，第一溫度傳感器的采集端朝向3d打印噴嘴正下方的打印點(diǎn)處，用于實(shí)時(shí)采集打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面的溫度信號(hào)；所有高溫加熱燈以及第一溫度傳感器均安裝于所述打印噴頭的底面并且與所述打印噴頭同步移動(dòng)。每個(gè)高溫加熱燈的燈罩上均對(duì)應(yīng)安裝有一個(gè)凹面鏡，各個(gè)凹面鏡分別用于將各自對(duì)應(yīng)的一個(gè)高溫加熱燈的熱量聚焦至打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面。

9、所述第一溫度傳感器的信號(hào)輸出端與高溫加熱燈溫度控制模塊電連接并將采集到的打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面的溫度信號(hào)傳輸至高溫加熱燈溫度控制模塊，所述的多個(gè)高溫加熱燈均與高溫加熱燈溫度控制模塊電連接，所述高溫加熱燈溫度控制模塊用于結(jié)合預(yù)設(shè)的打印點(diǎn)目的溫度以及接收到的打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面的溫度信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述高溫加熱燈功率的反饋控制。

10、優(yōu)選地，用于監(jiān)測(cè)已成型實(shí)體表面溫度的第一溫度傳感器為非接觸式紅外溫度傳感器。

11、優(yōu)選地，所述高溫加熱燈為鹵素?zé)艋蚣t外加熱燈。高溫加熱燈可使照射下的打印點(diǎn)處的已成型實(shí)體表面的溫度升高至預(yù)設(shè)打印點(diǎn)目的溫度，預(yù)設(shè)打印點(diǎn)目的溫度根據(jù)材料的熔點(diǎn)范圍設(shè)置。

12、其中，所述的環(huán)境溫度控制單元包括四排石英加熱管組、第二溫度傳感器以及石英加熱管溫度控制模塊，所述的四排石英加熱管組和第二溫度傳感器均設(shè)于3d打印機(jī)的機(jī)箱內(nèi)部。所述的四排石英加熱管組均沿上下方向豎直布置，并且四排石英加熱管組分別間隔布置于所述熱床的四個(gè)周邊的外側(cè)。每排石英加熱管組均主要由數(shù)根石英加熱管等間距平行布置而成。所述熱床頂面的一側(cè)安裝有第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器布置于已成型實(shí)體外側(cè)，用于采集已成型實(shí)體外部的環(huán)境溫度信號(hào)。

13、所述的第二溫度傳感器與所述石英加熱管溫度控制模塊電連接并將采集到的環(huán)境溫度信號(hào)傳輸至石英加熱管溫度控制模塊，所有石英加熱管均與所述石英加熱管溫度控制模塊電連接，所述石英加熱管溫度控制模塊用于結(jié)合預(yù)設(shè)的環(huán)境目的溫度以及接收到的環(huán)境溫度信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有石英加熱管輸出功率的反饋控制。

14、優(yōu)選地，位于熱床左側(cè)和右側(cè)的石英加熱管組均沿前后方向等間距排布，位于熱床前側(cè)和后側(cè)的石英加熱管組均沿左右方向等間距排布。

15、優(yōu)選地，用于監(jiān)測(cè)已成型實(shí)體外部的環(huán)境溫度的第二溫度傳感器為接觸式數(shù)字溫度傳感器。

16、其中，所述打印件散熱單元包括四排通風(fēng)管道組、制冷風(fēng)扇和軟管，所述通風(fēng)管道組和軟管均設(shè)于3d打印機(jī)的機(jī)箱內(nèi)部，所述制冷風(fēng)扇設(shè)于3d打印機(jī)的機(jī)箱外部。

17、所述的四排通風(fēng)管道組均沿上下方向豎直布置，并且分別布置于所述熱床的四個(gè)周邊的外側(cè)，所述的四排通風(fēng)管道組均與熱床間隔布置；每排通風(fēng)管道組均主要由若干個(gè)通風(fēng)管道并聯(lián)而成，同一通風(fēng)管道組中的所有通風(fēng)管道等間距平行布置，每個(gè)通風(fēng)管道的正對(duì)熱床一側(cè)的外周面上均開設(shè)有數(shù)個(gè)通孔作為出風(fēng)孔，同一通風(fēng)管道上的所有出風(fēng)口沿軸向均勻布置；每排通風(fēng)管道組均具有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，每個(gè)進(jìn)風(fēng)口均對(duì)應(yīng)連通有一個(gè)軟管并且通過(guò)與自身對(duì)應(yīng)連通的軟管與制冷風(fēng)扇的出風(fēng)口連通。

18、優(yōu)選地，位于熱床左側(cè)和右側(cè)的通風(fēng)管道組均沿前后方向等間距排布，位于熱床前側(cè)和后側(cè)的通風(fēng)管道組均沿左右方向等間距排布。

19、所述溫度控制裝置還包括四個(gè)基板，四個(gè)基板均沿上下方向豎直布置，并且分別布置于所述熱床的四個(gè)周邊的外側(cè)；每個(gè)基板上均安裝有一排石英加熱管組以及一排通風(fēng)管道組；安裝于同一基板上的所有石英加熱管與通風(fēng)管道均為平行間隔布置，并且所有相鄰石英加熱管之間均穿插布置有一根通風(fēng)管道，所有相鄰?fù)L(fēng)管道之間均穿插布置有一根石英加熱管。

20、所述溫度控制裝置還包括多根伸縮桿，所述伸縮桿均能沿自身的軸向伸縮，每排基板均與至少一個(gè)伸縮桿的一端固定連接，所述伸縮桿的另一端與機(jī)箱內(nèi)壁固定連接。具體地，所有與位于熱床左側(cè)、右側(cè)的基板相連的伸縮桿均沿橫向伸縮，所有與位于熱床前側(cè)、后側(cè)的基板相連的伸縮桿均沿縱向伸縮。

21、其中，所述前側(cè)為3d打印機(jī)設(shè)有開門或用于取打印完成的實(shí)體的開口一側(cè)。所述橫向?yàn)槠叫杏跓岽岔斆娴姆较?，即水平方向，所述縱向?yàn)榇怪庇跓岽驳姆较颍簇Q直方向。

22、所述的高溫加熱燈溫度控制模塊和石英加熱管溫度控制模塊分別與外部電源電連接，所述的外部電源獨(dú)立于3d打印機(jī)的供電電源。

23、所述溫度控制裝置還包括紅外測(cè)溫?cái)z像頭，所述紅外測(cè)溫?cái)z像頭安裝于所述機(jī)箱頂部的內(nèi)壁上，用于采集已成型實(shí)體的表面溫度信號(hào)，所述紅外測(cè)溫?cái)z像頭與計(jì)算機(jī)電連接并將已成型實(shí)體的表面溫度信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用于使已成型實(shí)體的表面溫度在打印過(guò)程中的變化可視化。

24、所述高溫加熱燈(3)在已成型實(shí)體表面聚焦形成的光斑半徑為5～10mm。

25、(二)3d打印機(jī)

26、所述3d打印機(jī)包括上述的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置用于調(diào)控3d打印機(jī)在打印過(guò)程中的溫度。

27、本實(shí)用新型通過(guò)在原本的3d打印機(jī)上加裝了兩個(gè)輔助加熱單元(高溫加熱燈和石英加熱管)和一個(gè)均勻散熱單元(通風(fēng)管道)，兩個(gè)輔助加熱裝置分別對(duì)3d打印噴嘴4下方的打印點(diǎn)處、打印熱床1上方區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)加熱，有效減小了打印過(guò)程中，噴嘴擠出的熔融態(tài)絲材驟冷產(chǎn)生的變形和已打印成型的實(shí)體各層之間收縮應(yīng)力不一致產(chǎn)生的變形，均勻散熱裝置可對(duì)打印完成的實(shí)體各區(qū)域進(jìn)行均勻、同步的散熱，有效減小了打印件各區(qū)域冷卻速率不一致產(chǎn)生的變形，以上裝置對(duì)熔融沉積成型3d打印的精度優(yōu)化有顯著效果，且能夠?qū)崿F(xiàn)精確快速的溫度控制，避免了對(duì)3d打印件大面積加熱，影響成型效率和打印件支撐強(qiáng)度，本3d打印溫度控制裝置具有良好的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。

28、本實(shí)用新型的有益效果如下：

29、(1)本實(shí)用新型裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)3d打印噴嘴下方的打印點(diǎn)處以及3d打印成型區(qū)域的環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并由兩個(gè)溫度控制模塊分別調(diào)控對(duì)應(yīng)加熱元件的輸出功率，使兩處的溫度均保持在預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。此外，本實(shí)用新型裝置還可監(jiān)測(cè)打印過(guò)程中打印件表面的溫度數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，便于分析和評(píng)價(jià)打印質(zhì)量。

30、(2)本實(shí)用新型裝置能夠同時(shí)減小3d打印過(guò)程中材料驟冷產(chǎn)生的變形、已成型層之間收縮應(yīng)力不一致產(chǎn)生的變形以及實(shí)體的散熱速率不一致導(dǎo)致的變形，對(duì)提高3d打印精度具有顯著作用。

31、(3)本實(shí)用新型裝置所選高溫加熱燈的溫度響應(yīng)速度極快，最高溫度可達(dá)300℃，且熱慣性小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)打印點(diǎn)處進(jìn)行可控范圍內(nèi)的精準(zhǔn)、迅速調(diào)溫。

32、(4)本實(shí)用新型裝置通過(guò)對(duì)3d打印過(guò)程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的補(bǔ)償，減小了由于層間溫度不均、熔融態(tài)絲材驟冷導(dǎo)致的翹曲變形；本實(shí)用新型裝置通過(guò)對(duì)打印完成的實(shí)體進(jìn)行均勻冷卻，減小了因?qū)嶓w的散熱速率不一致導(dǎo)致的翹曲變形。