一種3d打印金屬件表面拋光方法
【專利摘要】本發明設計了一種3D打印金屬件表面拋光方法，包括設計通過加入防銹劑和潤滑劑的SiO2納米微顆粒的水浴環境，通過渦輪式攪拌器旋轉帶動拋光效果的液體流動，沖刷作用于金屬件的表面，對金屬結構件進行拋光；利用的是液體拋光，能夠對3D打印復雜金屬結構件進行拋光，保證很好的工件完整性和拋光質量，固定金屬件夾具可拆卸，針對不同類型的金屬件可設計不同的夾具，自動控制的動力系統能夠根據拋光件的表面要求和拋光時間提供不同的拋光動力。該方法操作方便，成產成本低，實用性強，不僅可以用于主要針對的是3D打印件的表面拋光，也可以用于其他不易拋光的器件。
【專利說明】
一種3D打印金屬件表面拋光方法
技術領域
[0001]本發明有關于一種金屬結構件表面拋光處理方法，尤其是針對3D打印復雜金屬結構件噴砂處理完后的表面拋光處理方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著社會的進步發展，對金屬等產品的外觀要求越來越高，3D打印的出現給金屬產品的成形帶來了新的改變，SLM 3D打印成形技術通過選擇性激光熔化，逐層熔化金屬粉末，在較短時間內能夠成形復雜的金屬結構件或組件，打印成型后的金屬件表面有很多的浮粉，經過噴砂處理后表面仍然很粗糙，凹凸不平，達不到設計者和人們的要求，因此，對于3D打印SLM成形后的金屬件，噴砂處理后需要進一步的表面拋光處理，但是3D打印成形的金屬件往往是結構復雜的構件或組件，難以用傳統的拋光技術進行拋光。
[0003 ]現有的金屬件拋光方式有(I)機械拋光(2)化學拋光(3)電化學拋光(電解拋光)。
[0004]機械拋光常見為采用磨頭拋光，工件旋轉加搖擺，金屬件直接與拋光輪(帶)摩擦拋光，拋光后表面會有一層冷作硬化層，這種方式不能實現全面拋光，金屬表面不能完全光滑平整，而且對于3D打印復雜曲面或者細小內孔結構件(如網格結構)等很難拋光;也有利用拋光介質與金屬件混合攪拌，使金屬件與拋光介質相互摩擦拋光金屬件的機械拋光，拋光介質一般是鋼珠、沙子等，這些會損傷金屬件表面，使金屬變脆，專利[201410039929.5]設計利用谷殼作為代替昂貴的拋光液作為拋光介質進行拋光，不會損傷金屬件表面也具有很好的經濟性，但是對于細小的金屬件，特別是內孔細小的結構件，拋光效果不明顯。
[0005]化學拋光雖然可以拋光形狀復雜和各種尺寸的金屬件，但是化學拋光拋光液的成分復雜，成本高，對環境和人體會產生危害，雖然能夠提高金屬件表面的光澤度，但是拋光后的金屬件表面平整能力不高。
[0006]電化學拋光，也稱為電解拋光，效率高，可用于形狀復雜、薄板和細小的金屬物件拋光，但是對于不同的材料電化學拋光的表面質量不同，電化學拋光同時溶解金屬件表面的凸起點和凹點，會影響工件的整體性，特別是一些細小的工件并且難以保持零件尺寸和幾何形狀的精確度，而3D打印金屬件在零件尺寸精度和尺寸上有一定的要求，打印的復雜構件結構往往很復雜，采用電化學拋光會影響構件的設計要求，此外，采用電化學拋光對原工件的表面質量也有一定的要求，噴砂處理后的金屬件表面粗糙，電化學拋光很難在粗加工零件上獲得高的拋光質量。
[0007]然而，無論是化學拋光還是電解拋光，雖然效率高，但是成本高，還會對環境和人體的健康產生危害，對于形狀復雜有工件完整性的3D打印金屬件，并不適用。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于避免機械拋光中拋光范圍的局限性和拋光介質對工件表面的傷害，保證工件的整體性，而設計利用溶有S12納米顆粒的液體流動摩擦，對不同類的復雜3D打印金屬件進行自動表面拋光處理，提高3D打印金屬件噴砂處理后表面光澤度和表面質量，針對3D打印件的結構提出設計不同的夾具系統，靈活變換配合不同3D打印件的固定，對復雜工件特別是3D打印組件進行噴砂處理后的表面拋光。
[0009]為達上述目的，本發明設計了一種3D打印金屬件表面拋光方法，包括拋光介質成分的選擇，通過電機帶動渦輪式攪拌器帶動液體的流動沖刷金屬的內外表面，同時配合金屬件的轉動獲得好的拋光效果和拋光效率，而又保證在金屬件拋光過程中不至于氧化;不同3D打印金屬件夾具的設計，拋光過程中需要對金屬件進行固定，針對不同結構特點金屬件，設計不同的夾具進行固定;動力系統的設計，電機帶動渦輪式攪拌器旋轉，帶動拋光液的流動，不同的旋轉功率配合金屬件的轉動有不同的拋光效果;控制系統的設計，能夠控制夾具旋轉運動，電機功率的輸出控制，針對不同工件選擇合適的功率。
[0010]—種3D打印金屬件表面拋光方法，其特征在于:在拋光桶中加入液體拋光介質，動力電機帶動方法底端的渦輪式攪拌器，帶動拋光介質液體的流動，沖刷固定夾具上的金屬件進行拋光，夾具連接的旋轉盤旋轉自轉配合工件的拋光。
[00?1 ]進一步，其特征在于所述的拋光介質成分為直徑為30?40nm的Si02顆粒懸浮液，質量分數為5 %?10 %，并加入體積分數為拋光介質總體積0.2 %?0.5 %的防銹劑和體積分數為拋光介質總體積0.5%?1.0%的潤滑劑，其余為水。
[0012]進一步，其拋光介質的特征在于防銹劑為聚乙二醇，分子量為200?500，潤滑劑為水基液體。
[0013]進一步，渦輪式攪拌器安放在方法中拋光桶的底端，旋轉帶動液體沖刷金屬件，根據拋光件的表面粗糙度要求和拋光時間調節渦輪式攪拌器的轉速，來控制拋光件的表面質量和拋光時間進一步，固定金屬件的夾具根據金屬件的特點選擇夾具。
[0014]針對有圓柱的金屬件或者有輔助圓柱的不規則的結構件選用三爪卡盤夾具。
[0015]本發明一種3D打印金屬件表面拋光方法，拋光介質加入的防銹劑為聚乙二醇，分子量為200?500，用量為拋光介質總體積的0.2%?0.5%，加入的防銹劑可以保證金屬件具有防銹能力，同時增加磨料的懸浮性，并有一定的潤滑、冷卻作用。
[0016]本發明拋光介質加入的潤滑劑為水基液體潤滑劑，可以采用工業可用的切削液，主要成分為乙二醇、四硼酸鈉、偏硅酸鈉、磷酸鈉，用量介質總體積的0.5%?1.0%，潤滑劑能減低拋光介質的表面張力，使磨料分散、懸浮，提高拋光效率。
[0017]本發明夾具系統不固定可拆卸更換，可根據金屬件的結構選擇夾具;對于不規則表明形貌復雜的金屬件，打印時在打印表面質量無要求的表面處添加輔助圓柱體，以及對于本身有圓柱體的金屬件，設計采用有三爪卡盤的夾具進行固定，這樣固定金屬件不影響工件的表面形貌，也避免直接作用金屬件不規則表面而增加金屬件的內部應力，此外，為了配合液體流動均勻拋光金屬件，設計夾具能夠自轉，帶動金屬件自轉配合拋光。
[0018]本發明固定金屬件的夾具需要在拋光液中不斷作用，需要采用強度較高的耐磨性較好不易生銹的不銹鋼制造。
[0019]本發明根據拋光表面拋光要求(粗糙度)和方法的大小選擇動力系統，電機連接方法底部的渦輪式攪拌器，工作時旋轉的渦輪式攪拌器帶動拋光液體的轉動，使拋光液中的S12顆粒獲得所需的流動速度，和金屬件凹凸不平表面發生碰撞，使工件表面的凸起發生塑性變形甚至剪切，實現拋光效果。
[0020]本發明中一種3D打印金屬件表面拋光方法具有以下優點:代替傳統的電化學拋光，設計利用加入S12微顆粒的水溶性環境，利用S12納米顆粒的沖刷作用，對復雜構件進行拋光，實質是一種機械拋光和電化學拋光的綜合，能夠保證很好的工件完整性，成本低而且對操作者沒有傷害，保護環境，能夠拋光較脆的結構件；與機械拋光中谷殼拋光介質相比，本發明采用拋光介質是液體，對金屬件的拋光作用更加全面，能夠拋光復雜件的內表面;針對不同結構類工件，設計不同的夾具進行固定，能夠針對不同結構的工件進行變換，有很好的靈活性;此外，所述方法不僅可以用于3D打印金屬件的表面拋光，也可以用于其他不易拋光的器件，具有很高的實用價值。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合說明書附圖對本發明作進一步說明，如圖1所示，一種3D打印金屬件表面拋光方法，該方法的工作原理為:電機9帶動渦輪式攪拌器8的旋轉，渦輪式攪拌器8的旋轉速度為300?600r/min，拋光介質6在渦輪式攪拌器8的作用下獲得流速沖刷金屬件10的表面，通過夾具5固定金屬件，有圓柱類結構或有輔助圓柱的表面形狀不規則的金屬件通過圖中的三爪卡盤7固定，夾具5的連接傳動軸和旋轉盤3的下端傳動連接軸4通過螺栓相互連接，在工作時電機2工作帶動旋轉盤3的轉動，傳動帶動夾具5的旋轉，金屬件也會隨著電機2的轉動而自轉配合旋轉的的拋光介質6拋光金屬件。一種3D打印金屬件表面拋光方法方法，其特征在于:在拋光桶中加入液體拋光介質，動力電機帶動方法底端的渦輪式攪拌器，帶動拋光介質液體的流動，沖刷固定夾具上的金屬件進行拋光，夾具連接的旋轉盤旋轉自轉配合工件的拋光。
[0023]所述的拋光介質成分為直徑為30?40nm的Si02顆粒懸浮液，質量分數為5%?10%，并加入體積分數為拋光介質總體積0.2%?0.5%的防銹劑和體積分數為拋光介質總體積0.5 %?1.0 %的潤滑劑，其余為水。防銹劑為聚乙二醇，分子量為200?500，潤滑劑為水基液體。
[0024]應用實例:要求制造并拋光某一SLM制造的古代酒樽，保證很好的表面完整性，并有很好的表面質量。
[0025]首先選擇夾具，因為酒樽表面不規則，比較復雜，因此在底端設計輔助拋光圓柱方便夾具的固定;然后SLM制造出底部帶有輔助拋光圓柱的金屬酒樽，噴砂處理后金屬表面質量為Ra4?5，通過三爪卡盤固定在夾具上;然后選擇渦輪式攪拌器的旋轉速度和拋光時間，酒樽表面有花紋，拋光過程中如果轉速過大，拋光介質流速過快會破壞花紋的完整性，因此選擇轉速不能太高，禍輪式攪拌器的轉速為300?600r/min，選擇350r/min的轉速，為了保證表面質量拋光時間不能太短，拋光時間控制在0.5?Ih;最后按照方法的工作原理進行拋光。
[0026]實驗效果分析:經過上述方法拋光金屬工件例如金屬酒樽，表面光潔度級別明顯提高，表面粗糙度可達Ra0.4?0.6。
【主權項】
1.一種3D打印金屬件表面拋光方法，其特征在于:在拋光桶中加入液體拋光介質，動力電機帶動拋光桶底端的渦輪式攪拌器，帶動拋光介質液體的流動，沖刷固定夾具上的金屬件進行拋光，夾具連接的旋轉盤旋轉自轉配合工件的拋光。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的拋光介質成分為直徑為30?40nm的S12顆粒懸浮液，質量分數為5 %?10 %，并加入體積分數為拋光介質總體積0.2 %?0.5 %的防銹劑和體積分數為拋光介質總體積0.5%?1.0%的潤滑劑，其余為水。3.根據權利2中所述的方法，其特征在于:防銹劑為聚乙二醇，分子量為200?500，潤滑劑為水基液體。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于渦輪式攪拌器安放在拋光桶的底端，旋轉帶動拋光液體沖刷金屬件，根據拋光件的表面粗糙度要求和拋光時間調節渦輪式攪拌器的轉速，來控制拋光件的表面質量和拋光時間。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:固定金屬件的夾具能夠拆卸，根據金屬件的特點選擇夾具。6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:針對有圓柱的金屬件或者有輔助圓柱的不規則的結構件選用三爪卡盤夾具。
【文檔編號】B22F3/24GK106077659SQ201610589663
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610589663.0, CN 106077659 A, CN 106077659A, CN 201610589663, CN-A-106077659, CN106077659 A, CN106077659A, CN201610589663, CN201610589663.0
【發明人】張冬云, 汪承杰, 劉臻
【申請人】北京工業大學