本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印模型激光抛光系统及其使用方法。
背景技术：
3d打印是一种基于二维成型方法来构建3d模型的快速成型技术，由于受到分层打印叠加成型工艺的影响，不可避免地在3d打印模型表面形成了阶梯状的层纹。打印层纹使得3d模型外观显得粗糙，对模型的表面精度有着较大的影响。利用传统的砂纸打磨法、补土法来处理3d打印模型，打磨精度难以保障，工作量较大。中国专利cn209140590u将3d打印模型固定在网格板上，然后浸入抛光液缸内进行抛光，并利用烘干风机鼓风干燥。中国专利cn208051704u利用雾化器将抛光液雾化，使得抛光液能够均匀地附着在3d打印模型表面，降低了3d打印模型的抛光难度。中国专利cn209140590u和中国专利cn208051704u利用化学方法进行抛光，对于3d模型浸入抛光液的时长与抛光量之间的关系较难把控。中国专利cn208035398u在加热抛光室内，采用加热的方法使得待处理的3d模型表面熔化来消除模型的层纹，以获得较为光滑的表面，但是该方法容易造成3d打印模型的热变形。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种3d打印模型激光抛光系统及其使用方法，能够利用紫外激光束对3d打印模型表面进行均匀抛光和局部抛光，并实时地净化抛光过程中产生的粉尘和有害气体，有效地降低3d打印模型的热变形和机械变形，可以实现精细加工。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种3d打印模型激光抛光系统，包括主体框架1以及主体框架1上安装的激光平移装置2、z向位移组件4、表面清理装置5、气体净化装置6、控制装置7和电源装置8，z向位移组件4上安装有模型回转装置3；
所述的主体框架1包括由底板12、立板15、立柱17、顶板14、面板18连接成的框体，立柱17包括l型立柱171和t型立柱172，4个l型立柱171安装在底板12上侧的4个边角上，2个t型立柱172安装在底板12上侧中间部位的前后两端，顶板14安装在l型立柱171和t型立柱172的顶端；立板15包括左立板151、透紫外玻璃152和右立板153，t型立柱172上连接有透紫外玻璃152，左立板151、透紫外玻璃152和右立板153垂直安装在l型立柱171和t型立柱172之间；透紫外玻璃152和左立板151之间连接有隔板13，隔板13上安装有激光平移装置2；
右立板153内侧连接有基板16，2个基板16固定安装在2个l型立柱171上，基板16上安装有z向位移组件4；
顶板14上安装有气体净化装置6和控制装置7；底板12上安装有电源装置8；
面板18包括第一前面板181、第一后面板182、第二前面板183和第二后面板184；顶板14上设置有进气孔141和排气孔142；
由底板12、顶板14、透紫外玻璃152、右立板153、第二前面板183和第二后面板184构成密闭的抛光室。
所述的激光平移装置2包括紫外激光器21、x向位移装置22和y向位移装置23，在隔板13的上侧安装有y向位移装置23，y向位移装置23上安装有x向位移装置22，在x向位移装置22的移动组件上安装有紫外激光器21，紫外激光器21、x向位移装置22、y向位移装置23和控制装置7连接。
所述的模型回转装置3包括安装在的z向位移组件4上步进电机301，步进电机301与回转轴304连接，回转轴304的上端安装有抛光台308，抛光台308的下侧安装有加热片309，并用封板310固定；封板310的下侧安装有电源插头312；加热片309与电源插头312电连接；抛光台308的上侧盛有低熔点合金311；低熔点合金311的熔点为80℃，凝固后的低熔点合金311将3d打印模型313固定在抛光台308上，步进电机301、加热片309和控制装置7连接。
所述的z向位移组件4包括z向位移装置41、吸收板42和托架43；z向位移装置41安装在基板16上，z向位移装置41上安装有托架43，托架43夹着吸收板42，托架43上安装步进电机301，z向位移装置41和控制装置7连接。
所述的表面清理装置5包括空气压缩机51、导气管52、固定板53、配气管54和喷嘴55；导气管52穿过顶板14上的进气孔141，导气管52上端和空气压缩机51连接，空气压缩机51安装在顶板14上侧，导气管52下端和配气管54连接，配气管54安装在固定板53上，固定板53固定在透紫外玻璃152上，配气管54上安装有喷嘴55，空气压缩机51和控制装置7连接。
所述的气体净化装置6通过排气孔142安装在顶板14上，气体净化装置6采用纤维状活性炭滤网。
一种3d打印模型激光抛光系统的使用方法，包括以下步骤：
1)打开第二前面板183，将3d打印模型313放置在抛光台308上；
2)将低熔点合金311添加到抛光台308上，放置在3d打印模型313的四周，然后关闭第二前面板183；
3)利用控制装置7启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向电源装置8移动，使得电源插头312接通电源装置8；
4)利用加热片309加热低熔点合金311，直至低熔点合金311完全熔化；
5)利用控制装置7启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动至设定高度h，使得紫外激光器21发射的紫外激光的照射路径与3d打印模型313的顶端处于同一水平面上；在模型回转装置3向上移动的过程中，电源插头312与电源装置8脱离接触，加热片309停止加热工作；
6)低熔点合金311冷却凝固，将3d打印模型313固定在抛光台308上；
7)调整紫外激光器21，使得紫外激光束的光斑直径为3d打印模型313成型层厚的三分之一；
8)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动3d打印模型313成型层厚的二分之一距离；
9)启动紫外激光器21发射紫外激光束，对3d打印模型313逐层进行表面分子剥离的冷抛光处理；每抛光完一层，z向位移装置41带动模型回转装置3向上移动一个成型层厚的距离，然后紫外激光器21开始进行下一层的抛光；
同时启动表面清理装置5，利用喷嘴55喷出的压缩空气清理3d打印模型313的表面；
10)表面清理装置5不断地向抛光室内注入压缩空气，粉尘和有害气体在密闭抛光室内压力的作用下，经过气体净化装置6流出时而被净化；
11)当紫外激光器21抛光完3d打印模型313的表面后，关闭激光平移装置2和表面清理装置5；
12)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向电源装置8移动，使得电源插头312接通电源装置8；
13)利用加热片309加热低熔点合金311，直至低熔点合金311完全熔化；
14)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动，使得电源插头312与电源装置8脱离接触，加热片309停止加热工作；
15)打开第二前面板183，将抛光后的3d打印模型313取出，然后关闭第二前面板183；
16)用沸水清理3d打印模型313沾付的低熔点合金311，3d打印模型313的冷抛光处理结束。
在对回转体类的3d打印模型313进行冷抛光时，模型回转装置3利用步进电机301带动3d打印模型313做回转运动，紫外激光器21仅需在x向位移装置22上移动就完成冷抛光工作；在对非回转类的3d打印模型313进行冷抛光时，模型回转装置3固定不动，紫外激光器21在x向位移装置22和y向位移装置23的联动作用下，完成3d打印模型313的冷抛光；在上述2种工作模式中，紫外激光器21上紫外激光的发射点与3d打印模型313上冷抛光点的距离始终保持不变，以确保3d打印模型313表面的抛光量保持一致；z向位移组件4的z向位移能够精准地实现3d打印模型313的层级抛光；步进电机301带动抛光台308做一定角度的回转，实现3d打印模型313的局部抛光。
本发明的有益效果是：
本发明利用z向位移组件，能够在成型层厚尺寸范围内，实现3d打印模型的精准抛光；能够在x向位移装置、y向位移装置和模型回转装置的共同作用下，实现3d打印模型表面的均匀抛光；能够反复、便捷地利用低熔点合金固定3d打印模型，有效地避免传统的固定工装对3d打印模型表面的遮挡；能够实时地对抛光过程中产生的粉尘和有害气体进行净化；能够采用2种工作模式分别实现回转体和非回转体3d打印模型的抛光，有效地提高抛光工作效率；能够利用模型回转装置实现3d打印模型的局部抛光；能够将紫外激光束的光斑直径控制到3d打印模型成型层厚的三分之一，减小加工热影响区，在很大程度上降低了3d打印模型的热变形和机械变形，可以实现精细加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明主体框架的结构示意图。
图3为本发明激光平移装置的结构示意图。
图4为本发明模型回转装置和z向位移组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种3d打印模型激光抛光系统，包括主体框架1以及主体框架1上安装的激光平移装置2、z向位移组件4、表面清理装置5、气体净化装置6、控制装置7和电源装置8，z向位移组件4上安装有模型回转装置3；
参照图2和图3，所述的主体框架1包括由底板12、立板15、立柱17、顶板14、面板18连接成的框体，立柱17包括l型立柱171和t型立柱172，4个l型立柱171安装在底板12上侧的4个边角上，2个t型立柱172安装在底板12上侧中间部位的前后两端，顶板14安装在l型立柱171和t型立柱172的顶端；立板15包括左立板151、透紫外玻璃152和右立板153，t型立柱172上连接有透紫外玻璃152，左立板151、透紫外玻璃152和右立板153垂直安装在l型立柱171和t型立柱172之间；透紫外玻璃152和左立板151之间连接有隔板13，隔板13与底板12保持水平，隔板13上安装有激光平移装置2；
右立板153内侧连接有基板16，2个基板16紧贴右立板153的内侧，固定安装在2个l型立柱171上，基板16上安装有z向位移组件4，z向位移组件4上连接有模型回转装置3；
顶板14上安装有气体净化装置6和控制装置7；底板12上安装有电源装置8；
面板18包括第一前面板181、第一后面板182、第二前面板183和第二后面板184；顶板14上设置有进气孔141和排气孔142；
底板12的下方连接有支脚11，2个支脚11安装在底板12下侧的两端；
由底板12、顶板14、透紫外玻璃152、右立板153、第二前面板183和第二后面板184构成密闭的抛光室。
参照图1和图3，所述的激光平移装置2包括紫外激光器21、x向位移装置22和y向位移装置23，在隔板13的上侧安装有2个y向位移装置23，2个y向位移装置23上安装有x向位移装置22，x向位移装置22上的移动导轨与y向位移装置23上的移动导轨保持垂直；在x向位移装置22的移动组件上安装有紫外激光器21。
参照图4，所述的模型回转装置3包括安装在的z向位移组件4上步进电机301，步进电机301外侧设有支座302，支座302罩住步进电机301，步进电机301通过联轴器303与回转轴304连接，回转轴304的中部穿过支座302上安装的双向推力球轴承305，并通过端盖306压住双向推力球轴承305的松环；回转轴304的上端安装有抛光台308，并通过紧定螺钉307固定在回转轴304上；抛光台308的下侧安装有加热片309，并用封板310固定；封板310的下侧安装有电源插头312；加热片309与电源插头312电连接；抛光台308的上侧盛有低熔点合金311；低熔点合金311的熔点为80℃，凝固后的低熔点合金311将3d打印模型313固定在抛光台308上。
参照图4，所述的z向位移组件4包括z向位移装置41、吸收板42和托架43；z向位移装置41安装在2个基板16上，z向位移装置41上安装有托架43，托架43夹着吸收板42，托架43上安装步进电机301和支座302。
参照图1、图3，所述的表面清理装置5包括空气压缩机51、导气管52、固定板53、配气管54和喷嘴55；导气管52穿过顶板14上的进气孔141，导气管52上端和空气压缩机51连接，空气压缩机51安装在主体框架1的顶板14上侧，导气管52下端和配气管54连接，配气管54安装在固定板53上，固定板53固定在透紫外玻璃152上，配气管54上安装有喷嘴55。
参照图1和图2，所述的气体净化装置6通过排气孔142安装在顶板14上，气体净化装置6采用纤维状活性炭滤网。
参照图1，所述的控制装置7安装在顶板14上，控制装置7分别与紫外激光器21、x向位移装置22、y向位移装置23、步进电机301、加热片309、z向位移装置41和空气压缩机51电连接。
一种3d打印模型激光抛光系统的使用方法，包括以下步骤：
1)打开第二前面板183，将3d打印模型313放置在抛光台308上；
2)将低熔点合金311添加到抛光台308上，放置在3d打印模型313的四周，然后关闭第二前面板183；
3)利用控制装置7启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向电源装置8移动，使得电源插头312接通电源装置8；
4)利用加热片309加热低熔点合金311，直至低熔点合金311完全熔化；
5)利用控制装置7启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动至设定高度h，使得紫外激光器21发射的紫外激光的照射路径与3d打印模型313的顶端处于同一水平面上；在模型回转装置3向上移动的过程中，电源插头312与电源装置8脱离接触，加热片309停止加热工作；
6)低熔点合金311冷却凝固，将3d打印模型313固定在抛光台308上；
7)调整紫外激光器21，使得紫外激光束的光斑直径为3d打印模型313成型层厚的三分之一；
8)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动3d打印模型313成型层厚的二分之一距离；
9)启动紫外激光器21发射紫外激光束，对3d打印模型313逐层进行表面分子剥离的冷抛光处理；每抛光完一层，z向位移装置41带动模型回转装置3向上移动一个成型层厚的距离，然后紫外激光器21开始进行下一层的抛光；
同时启动表面清理装置5，利用喷嘴55喷出的压缩空气清理3d打印模型313的表面；
10)执行步骤9)时，在密闭的抛光室内会形成大量的粉尘以及有害气体；由于表面清理装置5不断地向抛光室内注入压缩空气，这些粉尘和有害气体在密闭抛光室内压力的作用下，经过气体净化装置6流出时而被净化；
11)当紫外激光器21抛光完3d打印模型313的表面后，关闭激光平移装置2和表面清理装置5；
12)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向电源装置8移动，使得电源插头312接通电源装置8；
13)利用加热片309加热低熔点合金311，直至低熔点合金311完全熔化；
14)启动z向位移装置41，带动模型回转装置3向上移动，使得电源插头312与电源装置8脱离接触，加热片309停止加热工作；
15)打开第二前面板183，将抛光后的3d打印模型313取出，然后关闭第二前面板183；
16)用沸水清理3d打印模型313沾付的低熔点合金311，3d打印模型313的冷抛光处理结束。
在对回转体类的3d打印模型313进行冷抛光时，模型回转装置3利用步进电机301带动3d打印模型313做回转运动，紫外激光器21仅需在x向位移装置22上移动就可完成冷抛光工作；在对非回转类的3d打印模型313进行冷抛光时，模型回转装置3固定不动，紫外激光器21在x向位移装置22和y向位移装置23的联动作用下，完成3d打印模型313的冷抛光；在上述2种工作模式中，紫外激光器21上紫外激光的发射点与3d打印模型313上冷抛光点的距离始终保持不变，以确保3d打印模型313表面的抛光量保持一致；z向位移组件4的z向位移能够精准地实现3d打印模型313的层级抛光；步进电机301带动抛光台308做一定角度的回转，可以实现3d打印模型313的局部抛光。
1.一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于，包括主体框架(1)以及主体框架(1)上安装的激光平移装置(2)、z向位移组件(4)、表面清理装置(5)、气体净化装置(6)、控制装置(7)和电源装置(8)，z向位移组件(4)上安装有模型回转装置(3)；
所述的主体框架(1)包括由底板(12)、立板(15)、立柱(17)、顶板(14)、面板(18)连接成的框体，立柱(17)包括l型立柱(171)和t型立柱(172)，4个l型立柱(171)安装在底板(12)上侧的4个边角上，2个t型立柱(172)安装在底板(12)上侧中间部位的前后两端，顶板(14)安装在l型立柱(171)和t型立柱(172)的顶端；立板(15)包括左立板(151)、透紫外玻璃(152)和右立板(153)，t型立柱(172)上连接有透紫外玻璃(152)，左立板(151)、透紫外玻璃(152)和右立板(153)垂直安装在l型立柱(171)和t型立柱(172)之间；透紫外玻璃(152)和左立板(151)之间连接有隔板(13)，隔板(13)上安装有激光平移装置(2)；
右立板(153)内侧连接有基板(16)，2个基板(16)固定安装在2个l型立柱(171)上，基板(16)上安装有z向位移组件(4)；
顶板(14)上安装有气体净化装置(6)和控制装置(7)；底板(12)上安装有电源装置(8)；
面板(18)包括第一前面板(181)、第一后面板(182)、第二前面板(183)和第二后面板(184)；顶板(14)上设置有进气孔(141)和排气孔(142)；
由底板(12)、顶板(14)、透紫外玻璃(152)、右立板(153)、第二前面板(183)和第二后面板(184)构成密闭的抛光室。
2.根据权利要求1所述的一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于：所述的激光平移装置(2)包括紫外激光器(21)、x向位移装置(22)和y向位移装置(23)，在隔板(13)的上侧安装有y向位移装置(23)，y向位移装置(23)上安装有x向位移装置(22)，在x向位移装置(22)的移动组件上安装有紫外激光器(21)，紫外激光器(21)、x向位移装置(22)、y向位移装置(23)和控制装置(7)连接。
3.根据权利要求1所述的一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于：所述的模型回转装置(3)包括安装在的z向位移组件(4)上步进电机(301)，回转轴(304)的上端安装有抛光台(308)，抛光台(308)的下侧安装有加热片(309)，并用封板(310)固定；封板(310)的下侧安装有电源插头(312)；加热片(309)与电源插头(312)电连接；抛光台(308)的上侧盛有低熔点合金(311)；低熔点合金(311)的熔点为80℃，凝固后的低熔点合金(311)将3d打印模型(313)固定在抛光台(308)上，步进电机(301)、加热片(309)和控制装置(7)连接。
4.根据权利要求3所述的一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于：所述的z向位移组件(4)包括z向位移装置(41)、吸收板(42)和托架(43)；z向位移装置(41)安装在基板(16)上，z向位移装置(41)上安装有托架(43)，托架(43)夹着吸收板(42)，托架(43)上安装步进电机(301)，z向位移装置(41)和控制装置(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于：所述的表面清理装置(5)包括空气压缩机(51)、导气管(52)、固定板(53)、配气管(54)和喷嘴(55)；导气管(52)穿过顶板(14)上的进气孔(141)，导气管(52)上端和空气压缩机(51)连接，空气压缩机(51)安装在顶板(14)上侧，导气管(52)下端和配气管(54)连接，配气管(54)安装在固定板(53)上，固定板(53)固定在透紫外玻璃(152)上，配气管(54)上安装有喷嘴(55)，空气压缩机(51)和控制装置(7)连接。
6.根据权利要求1所述的一种3d打印模型激光抛光系统，其特征在于：所述的气体净化装置(6)通过排气孔(142)安装在顶板(14)上，气体净化装置(6)采用纤维状活性炭滤网。
7.根据权利要求1所述的一种3d打印模型激光抛光系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打开第二前面板(183)，将3d打印模型(313)放置在抛光台(308)上；
2)将低熔点合金(311)添加到抛光台(308)上，放置在3d打印模型(313)的四周，然后关闭第二前面板(183)；
3)利用控制装置(7)启动z向位移装置(41)，带动模型回转装置(3)向电源装置(8)移动，使得电源插头(312)接通电源装置(8)；
4)利用加热片(309)加热低熔点合金(311)，直至低熔点合金(311)完全熔化；
5)利用控制装置(7)启动z向位移装置(41)，带动模型回转装置(3)向上移动至设定高度h，使得紫外激光器(21)发射的紫外激光的照射路径与3d打印模型(313)的顶端处于同一水平面上；在模型回转装置(3)向上移动的过程中，电源插头(312)与电源装置(8)脱离接触，加热片(309)停止加热工作；
6)低熔点合金(311)冷却凝固，将3d打印模型(313)固定在抛光台(308)上；
7)调整紫外激光器(21)，使得紫外激光束的光斑直径为3d打印模型(313)成型层厚的三分之一；
8)启动z向位移装置(41)，带动模型回转装置(3)向上移动3d打印模型(313)成型层厚的二分之一距离；
9)启动紫外激光器(21)发射紫外激光束，对3d打印模型(313)逐层进行表面分子剥离的冷抛光处理；每抛光完一层，z向位移装置(41)带动模型回转装置(3)向上移动一个成型层厚的距离，然后紫外激光器(21)开始进行下一层的抛光；
同时启动表面清理装置(5)，利用喷嘴(55)喷出的压缩空气清理3d打印模型(313)的表面；
10)表面清理装置(5)不断地向抛光室内注入压缩空气，粉尘和有害气体在密闭抛光室内压力的作用下，经过气体净化装置(6)流出时而被净化；
11)当紫外激光器(21)抛光完3d打印模型(313)的表面后，关闭激光平移装置(2)和表面清理装置(5)；
12)启动z向位移装置(41)，带动模型回转装置(3)向电源装置(8)移动，使得电源插头(312)接通电源装置(8)；
13)利用加热片(309)加热低熔点合金(311)，直至低熔点合金(311)完全熔化；
14)启动z向位移装置(41)，带动模型回转装置(3)向上移动，使得电源插头(312)与电源装置(8)脱离接触，加热片(309)停止加热工作；
15)打开第二前面板(183)，将抛光后的3d打印模型(313)取出，然后关闭第二前面板(183)；
16)用沸水清理3d打印模型(313)沾付的低熔点合金(311)，3d打印模型(313)的冷抛光处理结束。
8.根据权利要求7所述的一种3d打印模型激光抛光系统的使用方法，其特征在于：在对回转体类的3d打印模型(313)进行冷抛光时，模型回转装置(3)利用步进电机(301)带动3d打印模型(313)做回转运动，紫外激光器(21)仅需在x向位移装置(22)上移动就完成冷抛光工作；在对非回转类的3d打印模型(313)进行冷抛光时，模型回转装置(3)固定不动，紫外激光器(21)在x向位移装置(22)和y向位移装置(23)的联动作用下，完成3d打印模型(313)的冷抛光；在上述2种工作模式中，紫外激光器(21)上紫外激光的发射点与3d打印模型(313)上冷抛光点的距离始终保持不变，以确保3d打印模型(313)表面的抛光量保持一致；z向位移组件(4)的z向位移能够精准地实现3d打印模型(313)的层级抛光；步进电机(301)带动抛光台(308)做一定角度的回转，实现3d打印模型(313)的局部抛光。
技术总结