一种针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机及其使用方法与流程

本发明属于3D打印技术相关设备领域，具体涉及一种针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机及其使用方法。

背景技术：

英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一。3D打印技术可以广泛应用在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科、医疗甚至美食等各个领域。在国内外销售市场上，熔融沉积制造成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的快速原型设备占最大的份额。FDM技术又被称为熔丝成型，是采用非常精细的丝状塑性树脂作为加工物质，通过细小的喷头把材料挤出来，喷头可以沿着X轴和Y轴移动，扫描二维截面，一层材料成型后，工作台下降一个层后，依次循环，直至形成实体。由于FDM设备价格较低，材料选择性多，简单易操作，不仅适合产品设计阶段的外观验证、装配及功能测试，而且备受中小企业及教育机构的青睐，适合在家庭、学校、办公室等场所使用。

但是对FDM工艺而言，成型件由丝状塑性树脂层层堆积黏结而成，就必然会造成台阶误差，表面非常粗糙，严重影响成型件的表面质量。目前，市场上主要通过砂纸手工打磨来提高FDM成型件的表面质量,但砂纸手工打磨的效率慢，过于依赖工人的技能，效果差强人意。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机，包括抛光机主体及设置在抛光机主体内的加热系统、冷凝系统、恒压循环系统及控制系统；

所述抛光机主体包括样品屉，样品屉的底部为网格状结构例如丝网；

所述加热系统设于样品屉下方，包括抛光液箱和用于对抛光液箱加热的加热装置，抛光液箱的开口向上并正对样品屉的底部；

所述冷凝系统对应样品屉设置；

所述恒压循环系统对应样品屉设置；

所述加热系统、冷凝系统均与所述控制系统相连；

通过加热系统加热后抛光液气化并上升至样品屉内对待抛光件进行抛光，抛光结束后通过冷凝系统制冷降低样品屉内温度以使汽化的抛光液冷凝并回流至抛光液箱。

一实施例中：所述样品屉的背板上均匀设置有若干通孔；所述冷凝系统和恒压循环系统对应样品屉的背板设置。

一实施例中：所述样品屉的底部设有若干支撑柱，所述网格状结构设于该若干支撑柱上。

一实施例中：所述抛光机主体还包括框体和后盖；该框体内设有隔板并通过隔板将框体分隔成上下两层；所述样品屉适配滑动装接在框体的上层内；所述抛光液箱位于框体的下层内；该隔板上还设有对应抛光液箱开口的开孔；所述冷凝系统和恒压系统均装接在框体的上层的后部并对应样品屉；该后盖装接在框体的后侧。

一实施例中：所述样品屉与柜体之间设有锁扣。

一实施例中：所述加热系统为恒温水浴加热系统；所述加热装置为水箱，所述抛光液箱和该水箱均开口向上，抛光液箱和水箱上下布置且内外套接在一起；水箱内在抛光液箱箱底之下设有U型加热圈和水箱温度传感器；该U型加热圈和水箱温度传感器与控制系统相连接；该抛光液箱还设有导液管，该水箱还设有导水管，该导液管和导水管均伸出抛光机主体之外。

一实施例中：所述冷凝系统包括半导体制冷装置和样品屉温度传感器；该半导体制冷装置和样品屉温度传感器均与控制系统相连接。

一实施例中：所述恒压循环系统包括安全阀和泄压管。

一实施例中：所述控制系统具有控制面板，该控制面板装接在框体下层的前部。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

上述的抛光机的使用方法，包括：

1)将待抛光成型件放置在样品屉内；

2)启动加热系统，抛光液箱中的抛光液受热后雾化，气体上升，并透过样品屉底部的网格状结构进入样品屉中，均匀覆盖在待抛光成型件的表面，抛光液与待抛光成型件的充分完全地接触，进行溶解抛光；

3)抛光结束后，启动冷凝系统制冷降温，气雾化的抛光液冷凝液化并滴落回抛光液箱，进行抛光液的回收；

4)冷凝回收结束后，打开样品屉，取出抛光好的成型件即可。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明的针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机，气压、温度可控，抛光液可循环利用，操作简单，绿色环保，效率高，可极大地提高FDM成型件的表面质量，适合在家庭、学校、等场所使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机整体外观示意图。

图2为本发明的针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机立体分解示意图之一。

图3为本发明的针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机立体分解示意图之二。

图4为本发明的样品屉示意图。

图5为本发明的恒温水浴加热系统示意图。

图6为本发明的恒温水浴加热系统的部分的立体分解示意图。

图7为本发明的恒温水浴加热系统、冷凝系统及恒压循环系统在抛光机主体内的装接示意图。

附图标记：

抛光机主体10；框体11，顶板111，底板112，左侧板113，右侧板114，后侧板115，隔板116；后盖12，散热孔121；样品屉13，滑轨131，面板132，背板133，通孔1331，支撑柱134，丝网135，锁扣136；

恒温水浴加热系统20；抛光液箱21，导液管211，U型加热圈212；水箱22，导水管221；

冷凝系统30；半导体制冷装置31；样品屉温度传感器32；

恒压循环系统40；安全阀41；泄压管42；

控制面板51；

电源开关60。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

请查阅图1至图7，一种针对熔融沉积制造FDM成型件的抛光机，包括：抛光机主体10及装接在抛光机主体10内的恒温水浴加热系统20、冷凝系统30、恒压循环系统40和控制系统；

所述抛光机主体10可由薄铝板等焊接或折弯而成，包括框体11、后盖12及样品屉13；

框体11由顶板111、底板112、左侧板113、右侧板114、后侧板115以及隔板116装接而成；顶板111、底板112、左侧板113和右侧板114构成一矩形框状结构；后侧板115装接在该矩形框状结构的后端口；隔板116装接在该矩形框状结构内并将框体11分隔成上下两层；

顶板111可以为上述薄铝板制成，也可以为玻璃等透明材质制成，或者可以开有透明观察窗，便于观察抛光过程；左侧板113上设有用于恒温水浴加热系统20(分别对应恒温水浴加热系统20的导液管211、导水管221)穿过的过孔；右侧板114上装接有抛光机的电源开关60；后侧板115上设有用于安装冷凝系统30(分别对应冷凝系统30的半导体制冷装置31和样品屉温度传感器32)和恒压循环系统40(分别对应恒压循环系统40的安全阀41和泄压管42)的安装孔；隔板116上设有对应恒温水浴加热系统20的开孔。

后盖12位于后侧板115的后侧并通过四个连接件与左侧板113和右侧板114相装接固定；后盖12的右上部分对应冷凝系统30的位置设有若干散热孔121。

样品屉13，为抽屉样结构；样品屉13的左右两侧分别通过滑轨131与框体11的左侧板113内壁和右侧板114内壁相连接从而使样品屉13可抽拉地滑动装接在框体11的上层内；样品屉13的位于前部的面板132与框体11上层的前端口位置相对应，面板132后部设有密封圈，面板132前部设有拉手，面板132的左右两侧与抛光机主体10的左侧板113和右侧板114之间分别设有锁扣136，在使用过程中通过锁扣136可以将样品屉13固定在框体11；样品屉13的位于后部的背板133上均匀设置有若干直径为8～15mm的通孔1331；样品屉13的底部设有四根沿左右方向布置的支撑柱134，且在四根支撑柱134上放置有丝网135；支撑柱134和丝网135可用于放置需要抛光的物体。

所述恒温水浴加热系统20，包括抛光液箱21和水箱22，二者均设于框体11下层内，二者的开口均向上；二者的开口周缘均向外延伸形成裙边结构；抛光液箱21和水箱22上下布置且内外套接在一起，抛光液箱21正好装接在水箱22的开口内，二者的开口处的裙边结构相互叠置，抛光液箱21的开口的裙边结构的上表面与隔板116的下表面适配相接，且抛光液箱21开口正对隔板116上的开孔；水箱22内在抛光液箱21箱底之下设有U型加热圈212和水箱温度传感器，U型加热圈212采用加热电阻式，通过二者共同调节水浴加热温度；抛光液箱21上设有类T字型的导液管211，导液管211依次从水箱22箱体和柜体11左侧板113上的过孔伸出抛光机主体10外；水箱21上设有类T字型的导水管221，导水管221从左侧板113上的另一个过孔伸出抛光机主体10外；导液管211和导水管221都为透明材料制成，都设有盖子，相当于连通器，分别与抛光液箱21和水箱22内连通，可用于显示抛光液箱21和水箱22内液面高度，并可通过导液管211和导水管221向抛光液箱21和水箱22内补充抛光液和水；

所述冷凝系统30，包括半导体制冷装置31和样品屉温度传感器32，二者装接在抛光机主体10的后侧板115的各自对应的安装孔上并伸入框体11内与样品屉13背板133的位置相对应；由于样品屉13背板133上设有通孔1331便于空气流通，因此样品屉温度传感器32可以检测样品屉13内的温度变化，半导体制冷装置31产生的冷气也可通过样品屉13背板133上的通孔1331进入样品屉13内以降低温度，从而使抛光液液化，利于回收利用；抛光机主体10的后盖12可将冷凝系统30遮住，后盖12上的散热孔121对应半导体制冷装置31设置；

所述恒压循环系统40，包括安全阀41和泄压管42，安全阀41一端穿过后侧板115上的对应安装阀41的安装孔伸入框体11内连通框体11的上层，用于检测框体11内压力，另一端与泄压管42相连通，泄压管42的另一端也穿过后侧板115上的对应泄压管42的安装孔伸入框体11内连通框体11的上层，用于泄压时放气；安全阀41和泄压管42均与样品屉13背板133的位置相对应；当系统中压力大于安全压力值时，安全阀41自动开启泄压，防止因压力过大而损坏抛光机。

所述控制系统，其控制面板51装接在框体11下层的前端口处；所述U型加热圈212、水箱温度传感器、半导体制冷装置31、样品屉温度传感器32和电源开关60均与控制系统相连接；电源开关60开启后，通过控制面板51操控控制系统控制恒温水浴加热系统20、冷凝系统30的运行，可以调节水浴加热温度、抛光时间、冷却温度、冷却时间等。

本发明现场使用方式如下：

1)打开样品屉13两边的锁扣136，拉出样品屉13，将需要抛光的FDM成型件放置在丝网135上，再关闭锁紧样品屉13；

2)开启电源开关60，通过控制面板51启动恒温水浴系统20，进行恒温水浴加热；抛光液箱21中的抛光液(如丙酮、氯仿等)受热后雾化，气体上升，透过样品屉13底部的丝网135进入样品屉13中，逐渐均匀覆盖在FDM成型件的表面，抛光液与FDM成型件的聚合物充分完全地接触，达到溶解抛光的效果；

3)抛光结束后，通过控制面板51启动冷凝系统30，半导体制冷装置31制冷，样品屉13内温度逐渐降低，气雾化的抛光液冷凝液化，滴落回抛光液箱21，实现抛光液的回收；

4)冷凝回收结束后，打开锁扣136，拉出样品屉13，取出抛光好的FDM成型件。

具体地，例如对FDM 3D打印机打印的PLA成型件进行抛光，可优选采用以下参数进行：

放入待抛光成型件后，在控制面板51上将水浴温度设置为60℃、抛光时间设置为7min、冷却温度设置为0℃、冷却时间设置为3min。打开电源开关60，当水浴温度到达60℃时，开始计时，当到达7min钟后，停止加热，开始冷却(即再次开始计时)，冷却3min后停止冷却，拿出模型。

本发明中，样品屉13使用推拉抽屉的方式快速进行放置与取出的动作，能够尽量减少气体泄漏；样品屉13关闭后，整个抛光机内处于相对密封状态，特别是框体11上层、样品屉13以及抛光液箱21之间形成密封环境，气体不易外泄，压力保持恒定；然后通过设置U型电阻式加热圈212和水箱温度传感器的恒温水浴加热系统20精确控制调节水浴加热的温度，从而控制抛光液挥发的温度和速度，以均匀高效地对FDM成型件进行抛光，确保抛光效率高、抛光效果好；而抛光结束后，通过设置半导体制冷装置31和样品屉温度传感器32的冷凝系统30对密封的抛光机内部制冷，能够快速降温，使汽化的抛光液迅速液化冷凝并回流至抛光液箱21中，进一步减少了抛光液的外泄和浪费，节省抛光液用量，实现循环利用。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。