具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被此处阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。

本发明提供一种适用于四轴成型系统的电磁感应加热装置的实施例，如图1至图4所示，包括高频加热线圈1，高频加热线圈为线圈线缆以涡旋线方式缠绕弯曲而成的管槽式单层线圈，用于加热四轴成型系统的电磁加热棒2。

本发明的加热线圈为管槽式线圈，可以为类半圆管形，形成半开放式高频加热线圈，或类似于轴向开设有开口的适用于所有能够高频加热的金属材料。相对于热传导的加热方式，不受材料热传导率的影响。对于磁吸性（磁导率大）材料加热效率更高，被加热段温度分布更均匀。

本发明的电磁加热棒可以为金属棒或带有金属涂层的棒，带有金属涂层的棒可以为陶瓷棒、高分子棒等表面涂有金属涂层。

进一步地，管槽式单层线圈的弧面由若干弧线平行排列而成，如图1所示，所述弧线的圆心位于管槽的直径上，属于横向排列。均匀排列有助于均匀加热。

作为一种替代方案，管槽式单层线圈的弧面由平行于轴向的若干线缆排列而成，属于纵向排列。均匀排列有助于均匀加热。

本发明可以不加装温控系统单独使用，单独使用时，包括加热线圈、高频电流控制单元和电源；其中加热控制单元连接电源，同过设置固定电压、电流，控制功率输出，可以满足温度控制。高频加热线圈沿轴向以涡旋线方式缠绕弯曲而成，并且在以轴中点的中线的两侧的线圈中的电流方向相同；线圈的横截面呈弧形，优选为优弧，电磁加热棒沿线圈轴向延伸，在电磁加热棒与线圈的任一横截面中，电磁加热棒均在线圈弧与对应圆心形成的扇形中，优选地位于弧与弦之间。

本发明的加热线圈为非封闭开口设计整体均匀/非均匀线圈分布，温度均衡控制，加热长度延伸，非接触式加热，与电阻丝加热方式相比，高频电磁加热能够更容易加热细长电磁加热棒。线圈的管槽式设计是指形成的类似于半圆管形式的开口设计，可以根据需要定制长度和直径。综上所述，高频加热装置具有均匀控温性能、具有非接触式加热性能。具加热长度延伸性能。

进一步地，高频加热线圈1的线圈线缆为单根或多根线缆弯曲而成。

进一步地，所述电磁加热棒为电磁加热棒或带有金属涂层的棒。

进一步地，还可以包括与高频加热线圈1连接的高频电流控制单元5，高频电流控制单元5与电源6连接，高频控制单元5通过调节电源的电压和电流来控制高频电流控制单元5的功率输出。

进一步地，还可以包括热电偶温控系统，包括依次连接的固态继电器7、温控器8和热电偶3，热电偶3用于通过卡具31使热电偶3与电磁加热棒2接触，固态继电器7与电源6和高频电流控制单元5连接。热电偶温控系统还可以包括连接在温控器8和热电偶3之间的电滑环9。通过热电偶温控系统可以快速加热并很好的控制温度。

进一步地，还包括红外温控系统，包括依次连接的固态继电器7’、温控器8’和红外测温仪4，红外测温仪4用于聚焦在电磁加热棒2上，固态继电器7’与电源6和高频电流控制单元5连接。红外测温仪检测电磁加热棒的温度，有利于控制温度。

通过热电偶温控系统、红外温控系统采集电磁加热棒表面温度，并控制温度。温度控制通过温控器，热电偶/红外测温仪，固态继电器控制，温控器连接交流电，但是输出直流电控制固态继电器，通过直流控制交流固态继电器可以连接直流电源的火线通断，实现温度控制；通过直流控制直流固态继电器，可以控制直流电源正极或者负极的通断，实现温度控制。

优选地，加热线圈可以为开放式半圆柱形电磁感应线圈，线圈的直径范围不限，管槽的直径可以为5~500mm ，优选为20~30mm，优选可以为25mm。线圈丝径可以为0.1~20mm，优选为1~5mm ，进一步优选为2mm。

优选地，高频加热线圈间距可以是2-10mm。

优选的，高频加热线圈的缠绕方式可以以漩涡线式缠绕（可以为回形面或其它类涡旋形式），整体弯曲变形。

优选的，温度控制范围是±5℃。

优选的，温度调节范围是常温到300℃。

优选的，升温速率不小于3℃/S。

进一步地，高频加热线圈1的线圈线缆沿轴向弯曲形成若干平行的弧线11，优选为分布均匀的弧线，保证加热均匀。

进一步地，高频加热线圈1为电磁感应线圈。

另一方面，提供一种四轴成型系统，包括：

（i）基座；

（ii）与所述基座连接的三轴X-Y-Z定位系统， X-Y-Z定位系统用于分别限定X、Y、Z方向；

（iii）安装在X-Y-Z定位系统上的分配系统，所述分配系统通过所述X-Y-Z定位系统移动，所述分配系统含有一个挤出头；

（iv）与基座连接的第四轴系统，第四轴系统包括设在所述挤出头下方并与基座连接的旋转杆和与旋转杆连接的电磁加热棒，其中，所述旋转杆为能围绕其中轴作正向或反向转动的杆旋转杆的中轴平行于Y轴；以及

（v）所述的适用于四轴成型系统的电磁感应加热装置，所述第四轴系统的电磁加热棒配装于加热线圈的中轴线上；

（vi）计算机控制系统，用于根据设定的程序精确地控制X-Y-Z定位系统从而控制分配系统的挤出头在X、Y、Z方向上的运动，并控制第四轴系统的旋转杆围绕其中轴的转动；

再一方面，提供一种制备细长支架的方法，通过所述的四轴成型系统来进行，包括如下步骤：

1）根据所要制备支架加工的磁吸性电磁加热棒或者特定模具；

2）采用计算机设计聚合物纤维的沉积式样的程序；

3）将所述磁吸性电磁加热棒固定到所述四轴成型系统的第四轴系统的旋转杆的位置处，使其能够在计算机控制系统的控制下随第四轴旋转杆作正向或反向转动；并将可挤出材料加入四轴成型系统的分配系统内；

4）按照步骤2）设计的程序通过计算机控制系统控制X-Y-Z定位系统和第四轴系统，使分配系统精确地挤出纤维，沉积在第四轴上可旋转的磁吸性电磁加热棒上或者特定模具，从而制备出具有特定尺寸和结构的样品；

5）将步骤4）制备的样品从磁吸性电磁加热棒或者特定模具上取下来。

优选地，步骤1）中所述模具的外形为表面平滑的圆柱形（聚合物丝直接沉积在圆柱形表面）、表面具有凹槽的圆筒形（聚合物丝沉积在凹槽内，凹槽的截面可是锥形的、圆形的，平面的或其它形状）；优选所述模具采用3D打印技术或者传统技术如数控机床加工方法制备。

优选地，步骤3）中使用夹具对模具进行固定，或者通过将空心的模具套在第四轴系统的旋转杆上进行固定。

优选地，步骤3）中所述固定是用所述模具替代第四轴系统的旋转杆来接收聚合物，将其固定在第四轴系统上，并使其能够在计算机控制系统的控制下作正向或反向转动。

本发明通过高频感应加热对电磁加热棒进行加热，而且只对线圈区域进行加热，磁吸性电磁加热棒升温快，降温也快，所以对线圈外区域影响不大，温度衰减很快，电磁加热棒可加热范围是50~300℃，满足绝大部分热塑性聚合物挤出成型；温度在50~150℃内温度均匀性达到±3℃，在150~300℃内温度均匀性达到±5℃；而线圈本身的温度不超过60℃，线圈只对电磁加热棒加热，对高分子支架没有影响。

线圈的密度，直径直接影响温度的均匀性以及加热速度，可以根据不同区域设计不同规格尺寸的线圈，以满足不同需求。

线圈的长度可以很长，对细长的电磁加热棒也可以实现均匀加热，这也意味着可以制造更细更长的支架，拓展了四轴快速成型系统的功能。

为了验证不同规格参数的高频加热线圈的加热效果，本发明对不同规格参数的高频加热线圈（表1）进行加热分析，测试过程中金属棒基本位于线圈的几何中心（实线：金属棒温度；虚线：线圈本身温度），结果如图10所示。

表1 不同规格的高频加热线圈的实验参数

结合表1和图10可知：

①Ⅰ、Ⅱ对比说明：丝径粗的加热金属棒速度快，且本身发热低；

②Ⅱ、Ⅲ对比说明：直径小的加热金属棒速度块；自身发热大；

③Ⅲ、Ⅳ对比说明：匝数密度低，加热速金属棒度快；自身发热大；

④Ⅴ、Ⅵ对比说明：匝数密度低，加热速金属棒度快；自身发热大；

⑤按照上述理论。Ⅱ应该比Ⅴ升温速度快，因为Ⅱ号丝径粗，但是Ⅴ本身发热温度太高，影响到了金属棒（下图视频）

⑥Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ只有丝径不同，但是输出功率相同，丝径不影响输出功率；

⑦Ⅲ和Ⅵ直径、丝径、匝数都不同，但是输出共功率相同，因为丝径不影响输出功率，所以直径和匝数成反比。

对比例1 加热线圈对比

针对公开号为CN102045906A、发明名称为“高频加热线圈及工件的加热方法”中公开的并开放式高频线圈的方案制备相应的线圈，然后通过实验测试其对金属棒的加热效果，根据该公开文件中附图公开的线圈方案的顺序依次进行了测试，结果如表2所示：

表2 现有技术线圈方案加热效果测试

如表2所示，根据现有技术提供的半开放式线圈方案无法获得理想的快速、稳定的加热效果，无法用于细长支架的打印。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。