本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種3D打印裝置和方法。

背景技術(shù)：
3D打印是當(dāng)前熱門的增材加工工藝。目前市場(chǎng)上主流的3D打印工藝類型有選擇性激光燒結(jié)(SLS)、光固化成型(SLA)、絲材熔融擠出成型(FDM)、液體噴印成型(3DP)、分層實(shí)體制造(LOM)以及上述類型相應(yīng)的細(xì)分衍生技術(shù)等。但目前由于3D打印工藝溫度和環(huán)境的控制瓶頸，使得現(xiàn)有的3D打印裝置對(duì)打印材料的要求高，打印材料比較單一，沒有一種普適的3D打印裝置能夠滿足大多數(shù)材料的3D打印，且在3D打印的環(huán)境控制方面不夠嚴(yán)格和精確，如打印材料和打印基體直接的溫度差控制、氣體氛圍控制等，導(dǎo)致3D打印出來(lái)的材料的一致性和質(zhì)量也不夠好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種3D打印裝置和方法，借用半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與微加工的思路，對(duì)3D打印室進(jìn)行嚴(yán)格的氛圍、壓力和溫度調(diào)控，采用熔融擠出冷凝的方式進(jìn)行3D打印，嚴(yán)格控制打印噴頭噴出材料和工件的溫差，保證打印出來(lái)冷凝的材料的一致性和質(zhì)量，并設(shè)置機(jī)械臂和修復(fù)刀頭對(duì)工件進(jìn)行修復(fù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種3D打印裝置，其特征在于，包括打印室、送料裝置、運(yùn)動(dòng)支架、打印噴頭、加熱體、氣壓控制器、打印平臺(tái)、機(jī)械臂和修復(fù)刀頭；所述送料裝置通過(guò)輸料管連接所述打印噴頭，用于為所述打印噴頭提供原材料；所述加熱體包覆所述打印噴頭，用于對(duì)進(jìn)入到所述打印噴頭中的原材料加熱熔融并控制其溫度；所述氣壓控制器通過(guò)輸氣管連接所述打印噴頭，用于控制所述打印噴頭的壓力，進(jìn)而控制所述打印噴頭噴出的熔融的原材料的速度；所述運(yùn)動(dòng)支架的一端固定在所述打印室的內(nèi)壁，另一端連接所述打印噴頭，用于帶動(dòng)所述打印噴頭實(shí)現(xiàn)3～5維方向的移動(dòng)；所述打印平臺(tái)安裝在所述打印室內(nèi)，用于承載所述打印噴頭打印的工件；所述機(jī)械臂的一端固定在所述打印室的內(nèi)壁，另一端連接所述修復(fù)刀頭，用于通過(guò)調(diào)整所述修復(fù)刀頭的位置，對(duì)所述打印噴頭打印的工件進(jìn)行修復(fù)和精加工；所述打印室上還設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，用于調(diào)控所述打印室內(nèi)的氛圍、壓力和溫度；所述打印室上還設(shè)置有冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口，用于向所述打印室輸入冷卻液對(duì)所述打印平臺(tái)和所述打印噴頭打印的工件進(jìn)行冷卻。優(yōu)選地，上述裝置還包括抽氣裝置，設(shè)置在所述出氣口處，用于調(diào)整所述打印室內(nèi)的壓力，擴(kuò)大所述打印室的壓力調(diào)控范圍。優(yōu)選地，所述打印平臺(tái)能旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便于所述修復(fù)刀頭對(duì)所述打印噴頭打印的工件進(jìn)行全方位修復(fù)。優(yōu)選地，所述打印平臺(tái)能升降運(yùn)動(dòng)，用于控制所述打印平臺(tái)的高度，使所述打印室內(nèi)的冷卻液的液面始終與所述打印噴頭保持距離。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用上述裝置進(jìn)行3D打印的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)送料裝置通過(guò)輸料管向打印噴頭提供打印原材料；(2)通過(guò)調(diào)節(jié)由進(jìn)氣口進(jìn)入的氣體種類、流量和溫度來(lái)調(diào)控打印室內(nèi)的氛圍、壓力和溫度，氣體從出氣口排出；(3)加熱體對(duì)輸入到打印噴頭的打印原材料進(jìn)行加熱熔融，并使其維持在合適的溫度，打印噴頭在氣壓控制器的作用下噴出熔融的打印原材料，打印噴頭在運(yùn)動(dòng)支架的帶動(dòng)下開始3D打??；(4)輸入冷卻液對(duì)打印平臺(tái)和3D打印得到的工件進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)冷卻液的液面高度使之低于工件的上表面，并與工件的上表面保持合適距離，保證工件在打印時(shí)維持合適溫度；(5)機(jī)械臂調(diào)節(jié)修復(fù)刀頭的位置，對(duì)工件進(jìn)行修復(fù)和精加工。優(yōu)選地，所述步驟(1)中，向打印噴頭提供的打印原材料為絲狀材料或粉末狀材料。優(yōu)選地，所述冷卻液為導(dǎo)熱液體?？傮w而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：1、在打印噴頭外圍安裝加熱體，用來(lái)控制打印噴頭中熔融的原材料的溫度，同時(shí)通過(guò)冷卻液對(duì)打印平臺(tái)和工件進(jìn)行冷卻并保持一定溫度，這樣保證了打印噴頭噴出的材料和工件的溫度差，對(duì)材料的冷凝提供了一致性的環(huán)境和條件，從而保證3D打印的一致性和質(zhì)量。2、通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣口的氣體種類、氣體流量和溫度來(lái)調(diào)控打印室內(nèi)氛圍、壓力和溫度，保證了3D打印環(huán)境的一致性，并可以針對(duì)特定類型的材料提供特定的氣體氛圍，如惰性氣體氛圍，氣壓和溫度的控制也可以使材料的冷凝更為順利，提高打印質(zhì)量、效率和潔凈度。3、通過(guò)機(jī)械臂和修復(fù)刀頭對(duì)工件進(jìn)行邊打印邊修復(fù)，提高了打印精度。4、本發(fā)明采用的方案對(duì)材料不挑剔，只要可以冷凝加工的材料都可以進(jìn)行3D打印，普適性較好。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的3D打印裝置示意圖。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-打印室，2-送料裝置，3-運(yùn)動(dòng)支架，4-打印噴頭，5-加熱體，6-進(jìn)氣口，7-出氣口，8-輸料管，9-氣壓控制器，10-輸氣管，11-冷卻液進(jìn)口，12-冷卻液出口，13-抽氣裝置，14-打印平臺(tái)，15-機(jī)械臂，16-修復(fù)刀頭，17-冷卻液，18-工件。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的3D打印裝置包括打印室1、送料裝置2、運(yùn)動(dòng)支架3、打印噴頭4、加熱體5、氣壓控制器9、打印平臺(tái)14、機(jī)械臂15和修復(fù)刀頭16。送料裝置2通過(guò)輸料管8連接打印噴頭4，用于為打印噴頭4提供原材料；加熱體5包覆打印噴頭4，用于對(duì)進(jìn)入到打印噴頭4中的原材料加熱熔融并控制其溫度；氣壓控制器9通過(guò)輸氣管10連接打印噴頭4，用于控制打印噴頭4的壓力，進(jìn)而控制打印噴頭4噴出的熔融的原材料的速度；運(yùn)動(dòng)支架3的一端固定在打印室1的內(nèi)壁，另一端連接打印噴頭4，用于帶動(dòng)打印噴頭4實(shí)現(xiàn)3～5維方向的移動(dòng)；打印平臺(tái)14安裝在打印室1內(nèi)，用于承載打印噴頭4打印的工件18；機(jī)械臂15的一端固定在打印室1的內(nèi)壁，另一端連接修復(fù)刀頭16，用于通過(guò)調(diào)整修復(fù)刀頭16的位置，對(duì)打印噴頭4打印的工件18進(jìn)行修復(fù)和精加工。打印室1上還設(shè)置有進(jìn)氣口6和出氣口7，通過(guò)調(diào)節(jié)從進(jìn)氣口6進(jìn)入打印室1的氣體種類、流量和溫度來(lái)調(diào)控打印室1內(nèi)的氛圍、壓力和溫度，氣體從出氣口7排出。打印室上還設(shè)置有冷卻液進(jìn)口11和冷卻液出口12，用于向打印室1輸入冷卻液17對(duì)打印平臺(tái)14和工件18進(jìn)行冷卻，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻液17的流量以控制冷卻液17在打印室1的液面高度，冷卻液17從冷卻液出口12排出或循環(huán)。更進(jìn)一步地，上述3D打印裝置還包括抽氣裝置13，設(shè)置在出氣口7處，用于調(diào)整打印室1內(nèi)的壓力(例如抽真空)，擴(kuò)大打印室1的壓力調(diào)控范圍。更進(jìn)一步地，打印平臺(tái)14能旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便于修復(fù)刀頭16對(duì)工件18進(jìn)行全方位修復(fù)；打印平臺(tái)14還能升降運(yùn)動(dòng)，用于控制打印平臺(tái)14的高度，使冷卻液17的液面始終與打印噴頭4保持一定距離。用上述3D打印裝置進(jìn)行3D打印的方法，包括如下步驟：(1)送料裝置2通過(guò)輸料管8向打印噴頭4提供打印原材料；(2)通過(guò)調(diào)節(jié)由進(jìn)氣口6進(jìn)入的氣體種類、流量和溫度來(lái)調(diào)控打印室1內(nèi)的氛圍、壓力和溫度，氣體從出氣口7排出；(3)加熱體5對(duì)輸入到打印噴頭5的打印原材料進(jìn)行加熱熔融，并使其維持在合適的溫度，打印噴頭4在氣壓控制器9的作用下噴出熔融的打印原材料，打印噴頭4在運(yùn)動(dòng)支架3的帶動(dòng)下開始3D打?。?4)輸入冷卻液17對(duì)打印平臺(tái)14和3D打印得到的工件18進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)冷卻液的液面高度使之低于工件18的上表面，并與工件18的上表面保持合適距離，保證工件18在打印時(shí)維持合適溫度；(5)機(jī)械臂15調(diào)節(jié)修復(fù)刀頭16的位置，對(duì)工件進(jìn)行修復(fù)和精加工。更進(jìn)一步地，向打印噴頭4提供的打印原材料為絲狀材料或粉末狀材料。更進(jìn)一步第，冷卻液17為導(dǎo)熱液體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。