本發(fā)明屬于三維打印機(jī)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種螺桿擠壓三維成型的三維打印機(jī)、三維打印頭以及這種打印機(jī)的打印方法。

背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)能夠用于三維（3D）打印的成型過程，通過電腦數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程實現(xiàn)三維物體的制造。通常，3D打印快速成型技術(shù)主要包括三種類型：立體雕刻（Stereolithography）、逐層疊加制造（LaminatedObjectManufacturing）和選擇性沉積塑形（SelectiveDepositionModeling，SDM）。熔融堆積成型技術(shù)（FDM）是屬于選擇性沉積塑形（SDM)的一種技術(shù)工藝。現(xiàn)階段，F(xiàn)DM三維打印機(jī)通常是利用熱塑性聚合物材料在熔融狀態(tài)下，從打印噴嘴處擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層，再一層一層地疊加最終形成產(chǎn)品。申請?zhí)枮镃N201410066757.0中國發(fā)明專利申請公開了一種三維打印機(jī)，這種三維打印機(jī)的原理采用螺桿擠壓成型，在控制系統(tǒng)的作用下，通過螺桿把加熱熔融的打印材料由打印噴嘴噴涂在打印平臺上。螺桿擠壓成型原理的三維打印機(jī)屬于FDM型的三維打印機(jī)，然而，這種類型的三維打印機(jī)存在一些缺陷。目前，市場上FDM三維打印機(jī)所使用的聚合物材料通常是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）和聚碳酸酯（PC），使用這些材料的三維打印機(jī)的打印頭的加熱溫度通常在200℃以上。例如，使用ABS材料的三維打印機(jī)需要打印頭的加熱溫度達(dá)到220℃，而使用PLA材料的三維打印機(jī)需要打印頭的加熱溫度達(dá)到205℃，這樣就需要耗費大量的熱量來使材料熔融，從而造成過多能源的浪費，并且打印頭的溫度過高也容易造成人員燙傷。另外，這種三維打印機(jī)在擠出成型物體時，由于高溫熔融線材需要經(jīng)逐漸緩慢冷卻固化成型，因此其打印速度很慢。此外，由于打印線材在打印物體的表面產(chǎn)生的拉絲效應(yīng)，會導(dǎo)致打印物體的表面不是很光滑。并且，對于高溫熔融材料成型的物體，在物體內(nèi)部還存在因分子取向和溫差而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致成型物體收縮時不均勻，尺寸偏差較大，最終使得三維打印物體產(chǎn)生翹曲、變形等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的是提供一種三維打印機(jī)的三維打印頭。本發(fā)明的另一目的是提供一種三維打印機(jī)。本發(fā)明的再一目的是提供一種三維打印機(jī)的打印方法。本發(fā)明提供的三維打印頭包括材料容積腔，螺桿設(shè)置在材料容積腔內(nèi)，電機(jī)與螺桿連接并驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，供料裝置與材料容積腔連通，打印噴嘴設(shè)置在材料容積腔的端部，加熱器設(shè)置在材料容積腔上，且位于供料裝置和打印噴嘴之間，超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)與材料容積腔連通,向材料容積腔輸出超臨界流體。由上述方案可見，熔融的打印材料加入超臨界流體，在螺桿的混合攪拌作用下產(chǎn)生單相熔融混合物，形成均勻的微孔氣泡化作用，從而降低打印物體的密度值，相比于沒有加入超臨界流體的技術(shù)方案，本方案得到的三維打印物體的密度降低6%至10%，不僅節(jié)省材料而且降低成本，雖然三維打印物體的密度有所降低，但是由于打印物體的密度均一，其物理機(jī)械性能反而會大幅提升，從而保證了三維打印物體的質(zhì)量；另外，還有效改善三維打印物體由于應(yīng)力和收縮不均勻而產(chǎn)生的翹曲、變形，使三維打印物體的表面光滑平整、尺寸穩(wěn)定，降低三維打印物體的尺寸偏差，三維打印物體的平直性提升50%以上；此外，有效降低打印時候的熔融打印材料所需要的溫度，節(jié)省能源并且防止操作人員的燙傷。一個優(yōu)選的方案是，在超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)與材料容積腔之間設(shè)置有流量控制裝置。由上述方案可見，調(diào)節(jié)超臨界流體進(jìn)入材料容積腔的流量，控制超臨界流體和熔融的打印材料的重量比例在合理的范圍內(nèi)，從而更好地控制熔融材料的微孔氣泡化作用。一個優(yōu)選的方案是，加熱器為纏繞在材料容積腔的內(nèi)腔體外的加熱線圈。一個優(yōu)選的方案是，打印噴嘴以可拆卸方式連接在材料容積腔的端部。由上述方案可見，在三維打印物體的打印過程中，在一些情況下需要調(diào)整打印噴嘴擠出絲料的截面大小，當(dāng)需要進(jìn)行快速打印的時候，可以首先增加超臨界流體的流量供應(yīng)，熔融材料的密度會相應(yīng)降低但是會提高材料容積腔內(nèi)熔融材料的體積，這個時候通過手動或者電動的方式更換更大孔徑的打印噴嘴就可以進(jìn)行更快速的打印過程。一個優(yōu)選的方案是，三維打印頭還包括控制系統(tǒng)，在打印噴嘴的位置設(shè)置有密度傳感器，控制系統(tǒng)分別與密度傳感器、流量控制裝置電連接。由上述方案可見，根據(jù)密度傳感器的檢測結(jié)果，控制系統(tǒng)判定微孔氣泡化的熔融材料的密度是否合適，當(dāng)密度大于三維打印物體所需要的密度值時，通過流量控制裝置增加超臨界流體流入到材料容積腔的流量，而當(dāng)檢測到的密度小于三維打印物體所需要的密度值的時候，相應(yīng)降低超臨界流體流入到材料容積腔的流量。進(jìn)一步優(yōu)選的方案是，打印噴嘴的位置設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與控制系統(tǒng)電連接。由上述方案可見，在熔融材料與超臨界流體的混合過程中，熔融材料的加熱溫度是一個關(guān)鍵的參數(shù)，其對熔融材料的微氣泡化作用具有影響，因此需要實時監(jiān)控材料容積腔內(nèi)熔融材料的溫度，并通過調(diào)節(jié)加熱器的加熱速率達(dá)到控制打印物體性質(zhì)的目的。另外，當(dāng)超臨界流體與熔融材料的重量比例發(fā)生變化時，也需要相應(yīng)調(diào)整加熱器的加熱速率。本發(fā)明提供的三維打印機(jī)，包括材料容積腔；螺桿設(shè)置在材料容積腔內(nèi)；電機(jī)與螺桿連接；供料裝置與材料容積腔連通；打印噴嘴設(shè)置在材料容積腔的端部；打印平臺用于承接由打印噴嘴產(chǎn)生的熔融材料；加熱器設(shè)置在材料容積腔上，且位于供料裝置和打印噴嘴之間；超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)與材料容積腔連通并向材料容積腔輸出超臨界流體。本發(fā)明提供的三維打印機(jī)的打印方法，三維打印機(jī)包括材料容積腔；螺桿設(shè)置在材料容積腔內(nèi)；電機(jī)與螺桿連接；供料裝置與材料容積腔連通；打印噴嘴設(shè)置在材料容積腔的端部，打印平臺用于承接由打印噴嘴噴涂的熔融材料；加熱器設(shè)置在材料容積腔上，且位于供料裝置和打印噴嘴之間；該方法包括，供料裝置向材料容積腔內(nèi)提供打印材料，電機(jī)驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，打印材料由材料容積腔的上游向下游移動，在加熱器的作用下，打印材料轉(zhuǎn)化為熔融材料；熔融材料由打印噴嘴噴涂到打印平臺上；電機(jī)驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)的同時，向材料容積腔內(nèi)提供超臨界流體，螺桿對熔融材料和臨界流體混合攪拌，熔融材料發(fā)生微孔氣泡化作用。一個優(yōu)選的方案是，將打印噴嘴噴涂到打印平臺上前，檢測打印噴嘴處熔融材料的密度值，然后把密度值檢測結(jié)果反饋至三維打印機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)超臨界流體的流入到材料容積腔中的流量。一個優(yōu)選的方案是，將打印噴嘴噴涂到打印平臺上前，檢測超臨界流體流入材料容積腔位置的溫度，然后把溫度檢測結(jié)果反饋至三維打印機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)加熱器的加熱功率。附圖說明圖1是本發(fā)明三維打印頭的第一實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明三維打印頭的第二實施例的結(jié)構(gòu)圖。以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。具體實施方式第一實施例本實施例的三維打印頭包括材料容積腔10、螺桿20、電機(jī)30、供料裝置40、打印噴嘴50、加熱器60、超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)70以及流量控制裝置80。螺桿20設(shè)置在材料容積腔10內(nèi)部，螺桿20的直徑略微小于材料容積腔10的內(nèi)壁。在螺桿20的上端部具有電機(jī)30，電機(jī)30能夠驅(qū)動螺桿20順時針方向或者逆時針方向旋轉(zhuǎn)。在材料容積腔10的上游區(qū)域的右側(cè)設(shè)置了一個供料裝置40，供料裝置40與材料容積腔10相互連通，操作人員或者機(jī)器人向供料裝置40內(nèi)添加粉末狀或者碎片狀的聚乳酸(PLA)材料。在材料容積腔10的下端通過可拆卸的方式設(shè)置有打印噴嘴50。在供料裝置40和打印噴嘴50之間，在材料容積腔10上設(shè)置有加熱器60，加熱器60為纏繞在材料容積腔10的內(nèi)腔體的加熱線圈。在材料容積腔10的外部具有超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)70，通過連接管71使得超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)70與材料容積腔10連通。在超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)70與材料容積腔10之間還設(shè)置有流量控制裝置80。供料裝置40向材料容積腔10內(nèi)持續(xù)性提供打印材料，電機(jī)30驅(qū)動螺桿20旋轉(zhuǎn)，打印材料由材料容積腔10的上游位置向下游位置移動，在加熱器60的作用下，打印材料逐漸轉(zhuǎn)化為熔融材料，通過超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)70向材料容積腔10的內(nèi)部提供超臨界流體的氮氣（N2）或者二氧化碳（CO2)，螺桿20對打印材料和超臨界流體進(jìn)行混合攪拌，打印材料熔融后發(fā)生微氣泡化作用，最終熔融材料經(jīng)過打印噴嘴50噴涂到打印平臺90上。第二實施例本實施例的三維打印頭包括材料容積腔100、螺桿200、電機(jī)300、供料裝置400、打印噴嘴500、加熱器、超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)700以及流量控制裝置800，這些部件的結(jié)構(gòu)特征和連接關(guān)系在第一實施例已經(jīng)詳細(xì)描述，不再贅述。本實施例的三維打印頭還包括控制系統(tǒng)900，在打印噴嘴500的附件位置設(shè)置有密度傳感器510。在超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)700的連接管710與材料容積腔100連通的位置設(shè)置有溫度傳感器110。控制系統(tǒng)900分別與流體供應(yīng)系統(tǒng)700、密度傳感器510、流量控制裝置800、溫度傳感器110電連接。通過密度傳感器510檢測打印噴嘴500位置的熔融材料的密度值，然后把密度值檢測結(jié)果反饋至三維打印機(jī)的控制系統(tǒng)900，進(jìn)而調(diào)節(jié)超臨界流體流入到材料容積腔100內(nèi)的流量。根據(jù)密度傳感器510的檢測結(jié)果，經(jīng)過控制系統(tǒng)900判定微孔氣泡化的熔融材料的密度值是否合適，當(dāng)密度值大于打印物體所需要的密度值時，通過調(diào)節(jié)流量控制裝置800而增加超臨界流體流入到材料容積腔100的流量；而當(dāng)檢測到的密度值小于打印物體所需要的密度值的時候，相應(yīng)降低超臨界流體流入到材料容積腔100的流量，從而實現(xiàn)對打印物體密度的實時調(diào)節(jié)作用。通過溫度傳感器510檢測超臨界流體流入材料容積腔100位置時材料容積腔的加熱溫度，然后把溫度檢測結(jié)果反饋至三維打印機(jī)的控制系統(tǒng)900，進(jìn)而調(diào)節(jié)加熱器的加熱功率。在熔融材料與超臨界流體的混合過程中，熔融材料的加熱溫度是一個關(guān)鍵的參數(shù)，其對熔融材料的微孔氣泡化效果具有影響，因此需要實時監(jiān)控材料容積腔100內(nèi)熔融材料的溫度，并通過調(diào)節(jié)加熱器的加熱速率，從而達(dá)到控制打印物體性質(zhì)的目的。另外，當(dāng)超臨界流體與熔融材料的重量比例發(fā)生變化時，也需要相應(yīng)調(diào)整加熱器的加熱速率。第三實施例本實施例的三維打印機(jī)包括材料容積腔，螺桿設(shè)置在材料容積腔內(nèi)，電機(jī)與螺桿連接，供料裝置與材料容積腔連通，打印噴嘴設(shè)置在材料容積腔的端部，打印平臺用于承接由打印噴嘴產(chǎn)生的熔融材料，加熱器設(shè)置在材料容積腔上，且位于供料裝置和打印噴嘴之間，超臨界流體供應(yīng)系統(tǒng)與材料容積腔連通。最后需要說明的是，本發(fā)明不限于上述的實施方式。在其它實施例中，打印材料為尼龍材料、聚碳酸酯、聚纖維酯、ABS，打印材料的顏色可以是紅、黃、藍(lán)等，也可以是各種顏色的混合材料；控制系統(tǒng)為PLC控制器，且其與電腦設(shè)備或者移動終端設(shè)備通過有線或者無線信號連接，終端用戶能夠根據(jù)用戶界面實現(xiàn)對三維打印機(jī)的控制操作；在供料裝置的入口處增加一個重量檢測器，從而檢測打印材料的加入量速率，重量檢測器把信號反饋至三維打印機(jī)控制系統(tǒng)而進(jìn)行處理和判斷；超臨界流體的流量控制裝置可以為一個手動開閉的閥門或者電動控制的閥門。這些實施方式或者在未付出創(chuàng)造性勞動的情況對這些實施方式的相關(guān)變形的方案也在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。