CN103611939A

CN103611939A - 一种利用3d打印技术制造耐磨紧固件的方法

Info

Publication number: CN103611939A
Application number: CN201310619059.4A
Authority: CN
Inventors: 任鹏坤
Original assignee: NINGBO JINPENG HIGH STRENGTH FASTENER CO Ltd
Current assignee: NINGBO JINPENG HIGH STRENGTH FASTENER CO Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-03-05

Abstract

一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其步骤为：计算机建模、逐层分割；将图形转换成载有图形信息的光束；感光鼓充电获得电位，经光束扫描形成静电潜像；静电潜像经过磁刷，吸附粉末形成内部构件；处理内部构件表面；重复打印步骤形成外部构件；对外表面进行处理。通过本方法制造的紧固件具有尺寸精确、耐磨性强以及使用寿命长的特点。

Description

一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法

技术领域

本发明涉及紧固件加工领域，特别涉及一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法。

背景技术

随着科技在不同领域的不断进步，人类在各个领域的发展均有突破，所使用的设备也越来越多，紧固件的主要目的是用来连接各种部件，在设备的连接中起着非常重要的作用，随着设备的越来越多，紧固件的品种也越来越多，对于大批量标准紧固件可以直接批量进行生产，但是对于小批量紧固件，用设备批量生产非常浪费，由于3D打印可根据设计进行生产，因此越来越多紧固件生产用到3D打印技术，但是3D生产的紧固件耐磨性不高，而耐磨性又直接影响设备的使用寿命。

发明内容

根据以上情况，本发明提供一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，该方法先用3D技术打印紧固件，再进行处理，处理完成后再在其外面用高密度纳米合金粉打印一层膜，从而大大提高紧固件的耐磨性，为达此目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，具体步骤为：

（1）在计算机中建立内部工件的3D模型，3D模型比实体外层厚0.5mm，再由计算机按层分解，形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形；

（2）向3D打印机内注入热熔性粉末后进行打印或使用带热熔性粉末的3D打印机打印；

（3）由计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置分别转换成载有正、反图形信息的光束；

（4）3D打印机中的部分感光鼓进行充电获得电位，经所述载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像；

（5）所述正图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形；

（6）3D打印机中剩余的感光鼓进行充电获得电位，经所述载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像；

（7）所述反图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层热熔粉末，加载电压使得热熔粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形；

（8）每层图形，打印完成之后，重复步骤（4）-（7），继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完成；

（9）对模型工作台进行加热，直至模型工作台内的热熔粉末凝固成一个整体；

（10）将凝固成一体的待加工紧固件取出用打磨机进行打磨处理将所得紧固件外层磨去0.5mm；

（11）将晾干的的紧固件放入45-50℃的容器中进行烘干，并保温1h；

（12）在所得紧固件外层均匀喷涂粘结剂；

（13）在计算机中建立外层工件的3D模型，由计算机按层分解，形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形；

（14）向3D打印机内注入纳米合金粉末后进行打印或使用带纳米合金钢粉末的3D打印机打印；

（15）由计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置分别转换成载有正、反图形信息的光束；

（16）3D打印机中的部分感光鼓进行充电获得电位，经所述载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像；

（17）所述正图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层纳米合金钢末，加载电压使纳米合金粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由纳米合金粉末铺成的正图形；

（18）3D打印机中剩余的感光鼓进行充电获得电位，经所述载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像；

（19）所述反图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层纳米合金粉末，加载电压使得纳米合金粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由纳米合金粉末铺成的反图形；

（20）每层图形，打印完成之后，重复步骤（17）-（20），继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完成；

（21）对模型工作台进行加热，直至模型工作台内的纳米合金粉末凝固成一个整体；

（22）使用雾化清理剂对其进行抛光处理；

（23）将润滑液均匀逐层喷涂在紧固件表面，并晾干；

（24）将晾干的的紧固件放入45-50℃的容器中进行烘干，并保温1h。

步骤（12）中的粘结剂的成分以及质量百分比为：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液：5-25%，聚乙烯醇：5-15%，防锈剂：0.5-2.5%，防腐剂：0.5-1.5%，消泡剂：0.5-1.5%，其余为水。上述粘结剂的成分中含有0.5-2.5%的防锈剂，用以解决用铁器容器存放粘结剂时产生锈蚀以及使用过程中对紧固件的锈蚀问题；防腐剂用于延长粘结剂的保存以及使用寿命；；消泡剂用于抑制泡沫以及降低使用黏度。

防锈剂为亚硝酸钠或硼砂；所述防腐剂为水杨酸、苯甲酸钠或者山梨酸钾；所述消泡剂为辛醇或磷酸三丁酯。

由于采用3D打印技术，初次打印的内部构件的外层可能存在不牢固的问题，因此采用如上配比的粘结剂。

步骤（14）中的纳米合金粉的成分为合金钢粉末90-94%、粘结剂5-8%、加工助剂1-2%。

合金钢粉末使得加工后得到的紧固件具有高强度，加工助剂由向进行过热处理的含氟弹性体添加碱金属硝酸盐得到。含氟弹性体只要是具有与碳原子结合的氟原子且具有橡胶弹性的非晶质的含氟聚合物，没有特别限定，可以是公知的含氟弹性体。

碱金属硝酸盐为硝酸钾。除碱金属硝酸盐之外还可以选择其他金属无机盐，优选碱金属硝酸盐或者碱土金属硝酸盐，其中更优选碱金属硝酸盐。

由于采用3D打印技术，若采用普通打印粉末，则无法保证通过打印制造的紧固件的高强度，因此在外层选择强度较高的合金钢粉末。

步骤（22）中的雾化清洗剂的成分为：丙酮：60-70%，醋酸乙酯：30-40%。

步骤（22）中抛光处理的具体方法为：

a、先将待加工紧固件进行粗打磨加工；

b、将待加工的紧固件放置于雾化清洗的载物台，将载物台加热到100-110℃；

c、将调制好的清洗剂加入载物台的放料管中，再将载物台的温度调整到90-100℃，雾化清洗剂汽化后随之附着于紧固件表面；

d、抛光过程持续7-12分钟，直至紧固件表面的丝纹消失；

e、停止加热载物台，将紧固件取出空冷。

步骤a中对待加工紧固件进行粗打磨加工，消除表面不规则颗粒突起；步骤c中将载物台的温度调整到90-100℃，可以使清洗剂蒸汽附着于紧固件表面；步骤d中抛光过程持续7-12分钟，可使清洗剂逐渐溶解于紧固件表面；步骤e中将紧固件取出放置在阴凉、干燥、通风处进行空冷，使其干燥固化表面。

由于采用3D打印技术生产紧固件，在紧固件未完全冷却之前，采用机械抛光会对紧固件造成损伤，因此采用将清洗机进行雾化，对紧固件表面进行抛光。

步骤（23）中的润滑液的各成分以及质量百分比为：硼酸、聚乙二醇、脂肪酸、二乙二醇、三乙二醇、棕榈油酸的混合物：75-85%，金属钝化剂：0.5-1.5%，防锈剂：1-5%，抗氧剂：0.5-1%，极压添加剂：0.5-1.5%，其余为去离子水。

金属钝化剂为硫化物、亚磷酸酯盐的一种或两种的混合物；所述防锈剂为ZDDP与碱性金属磺酸盐混合物，并且配重比为3:1；所述抗氧剂为硫化烷基酚；所述极压添加剂为亚磷酸酯、硫化烯烃、硫化脂肪酸中的一种。使用以上成分可使润滑液具有无毒无味、不损伤紧固件以及对环境无污染的特点。

由于采用3D打印技术生产紧固件，采用上述成分与配比的润滑液可以有效改善紧固件表面的光滑度。

经过反复测试，采用以上的成分与配比可以达到最佳效果。

本发明提供一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，该方法先利用三维软件绘制相应紧固件的图纸，然后用3D技术进行打印，打印完成后先对所完成的紧固件进行处理以便于定位，处理完成后再用高密度纳米合金粉打印一层膜，这样的产品外表面极其耐磨，因此使用寿命长，而且由于先进行处理后再打印外致密层，因此定位精度高，产品不易变形。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，具体步骤为：

（1）在计算机中建立内部工件的3D模型，3D模型比实体外层厚0.5mm，再由计算机按层分解，形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形。

（2）向3D打印机内注入热熔性粉末后进行打印或使用带热熔性粉末的3D打印机打印。

（3）由计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置分别转换成载有正、反图形信息的光束。

（4）3D打印机中的部分感光鼓进行充电获得电位，经所述载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。

（5）所述正图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形。

（6）3D打印机中剩余的感光鼓进行充电获得电位，经所述载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。

（7）所述反图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层热熔粉末，加载电压使得热熔粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形。

（8）每层图形，打印完成之后，重复步骤（4）-（7），继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完成。

（9）对模型工作台进行加热，直至模型工作台内的热熔粉末凝固成一个整体。

（10）将凝固成一体的待加工紧固件取出用打磨机进行打磨处理将所得紧固件外层磨去0.5mm。

（11）将晾干的的紧固件放入45℃的容器中进行烘干，并保温1h。

（12）在所得紧固件外层均匀喷涂粘结剂；其中粘结剂的成分以及质量百分比为：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液：15%，聚乙烯醇：10%，防锈剂：0.5%，防腐剂：1%，消泡剂：0.5%，其余为水；防锈剂为亚硝酸钠；所述防腐剂为水杨酸；所述消泡剂为辛醇。

（13）在计算机中建立外层工件的3D模型，由计算机按层分解，形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之对应的反平面图，即每层得到正、反两个图形。

（14）向3D打印机内注入纳米合金粉末后进行打印或使用带纳米合金钢粉末的3D打印机打印；其中纳米合金粉的成分为合金钢粉末90%、粘结剂8%、加工助剂2%。加工助剂由向进行过热处理的含氟弹性体添加碱金属硝酸盐得到；碱金属硝酸盐为硝酸钾。

（15）由计算机生成的正、反两个图形经信号转换装置分别转换成载有正、反图形信息的光束。

（16）3D打印机中的部分感光鼓进行充电获得电位，经所述载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。

（17）所述正图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层纳米合金钢末，加载电压使纳米合金粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由纳米合金粉末铺成的正图形。

（18）3D打印机中剩余的感光鼓进行充电获得电位，经所述载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。

（19）所述反图形映像的静电潜像经过磁刷，吸附一层纳米合金粉末，加载电压使得纳米合金粉末落入模型工作台，在模型工作台中形成由纳米合金粉末铺成的反图形。

（20）每层图形，打印完成之后，重复步骤（17）-（20），继续打印上一层，直至整个3D立体图打印完成。

（21）对模型工作台进行加热，直至模型工作台内的纳米合金粉末凝固成一个整体。

（22）使用雾化清理剂对其进行抛光处理；其中雾化清理剂的成分以及各成分的百分比为：丙酮：60%，醋酸乙酯：40%；

其中抛光处理的具体方法为：

a、先将待加工紧固件进行粗打磨加工；

b、将待加工的紧固件放置于雾化清洗的载物台，将载物台加热到100℃；

c、将调制好的清理剂加入载物台的放料管中，再将载物台的温度调整到90℃，雾化清洗剂汽化后随之附着于紧固件表面；

d、抛光过程持续8分钟，直至紧固件表面的丝纹消失；

e、停止加热载物台，将紧固件取出空冷。

（23）将润滑液均匀逐层喷涂在紧固件表面，并晾干；其中润滑液的成分以及各成分的质量百分比为：硼酸、聚乙二醇、脂肪酸、二乙二醇、三乙二醇、棕榈油酸的混合物：75%，金属钝化剂：1.5%，防锈剂：5%，抗氧剂：1%，极压添加剂：1.5%，其余为去离子水；并且金属钝化剂为硫化物；所述防锈剂为ZDDP与碱性金属磺酸盐混合物，并且配重比为3:1；所述抗氧剂为硫化烷基酚；所述极压添加剂为亚磷酸酯。

（24）将晾干的的紧固件放入46℃的容器中进行烘干，并保温1h。

实施例2

一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，具体步骤为：

（11）将晾干的的紧固件放入50℃的容器中进行烘干，并保温1h。

（12）在所得紧固件外层均匀喷涂粘结剂；粘结剂的成分以及各成分质量百分比为：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液：25%，聚乙烯醇：5%，防锈剂：2%，防腐剂：0.5%，消泡剂：1.5%，其余为水；并且防锈剂为硼砂；所述防腐剂为山梨酸钾；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

（14）向3D打印机内注入纳米合金粉末后进行打印或使用带纳米合金钢粉末的3D打印机打印；纳米合金粉的成分为合金钢粉末90-94%、粘结剂5-8%、加工助剂1-2%；其中加工助剂由向进行过热处理的含氟弹性体添加碱金属硝酸盐得到；并且碱金属硝酸盐为硝酸钾。

（22）使用雾化清洗剂对其进行抛光处理；其中雾化清洗剂的成分为：丙酮：70%，醋酸乙酯：30%；

抛光处理的具体方法为：

a、先将待加工紧固件进行粗打磨加工；

b、将待加工的紧固件放置于雾化清洗的载物台，将载物台加热到110℃；

c、将调制好的清洗剂加入载物台的放料管中，再将载物台的温度调整到100℃，雾化清洗剂汽化后随之附着于紧固件表面；

d、抛光过程持续12分钟，直至紧固件表面的丝纹消失；

e、停止加热载物台，将紧固件取出空冷。

（23）将润滑液均匀逐层喷涂在紧固件表面，并晾干；润滑液的各成分以及质量百分比为：硼酸、聚乙二醇、脂肪酸、二乙二醇、三乙二醇、棕榈油酸的混合物：85%，金属钝化剂：0.5%，防锈剂：1%，抗氧剂：0.5%，极压添加剂：0.5%，其余为去离子水；并且金属钝化剂为硫化物、亚磷酸酯盐的混合物；所述防锈剂为ZDDP与碱性金属磺酸盐混合物，并且配重比为3:1；所述抗氧剂为硫化烷基酚；所述极压添加剂为硫化脂肪酸中。

（24）将晾干的的紧固件放入48℃的容器中进行烘干，并保温1h。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：具体步骤为：

（12）在所得紧固件外层均匀喷涂粘结剂；

（22）使用雾化清理剂对其进行抛光处理；

（23）将润滑液均匀逐层喷涂在紧固件表面，并晾干；

2.根据权利要求1所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：

所述步骤（12）中的粘结剂的成分以及质量百分比为：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液：5-25%，聚乙烯醇：5-15%，防锈剂：0.5-2.5%，防腐剂：0.5-1.5%，消泡剂：0.5-1.5%，其余为水。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述防锈剂为亚硝酸钠或硼砂；所述防腐剂为水杨酸、苯甲酸钠或者山梨酸钾；所述消泡剂为辛醇或磷酸三丁酯。

4.根据权利要求1所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述步骤（14）中的纳米合金粉的成分为合金钢粉末90-94%、粘结剂5-8%、加工助剂1-2%。

5.根据权利要求4所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述加工助剂由向进行过热处理的含氟弹性体添加碱金属硝酸盐得到。

6.根据权利要求5所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述碱金属硝酸盐为硝酸钾。

7.根据权利要求1所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述步骤（22）中的雾化清洗剂的成分为：丙酮：60-70%，醋酸乙酯：30-40%。

8.根据权利要求1所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述步骤（22）中抛光处理的具体方法为：

a、先将待加工紧固件进行粗打磨加工；

d、抛光过程持续7-12分钟，直至紧固件表面的丝纹消失；

e、停止加热载物台，将紧固件取出空冷。

9.根据权利要求1所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述步骤（23）中的润滑液的各成分以及质量百分比为：硼酸、聚乙二醇、脂肪酸、二乙二醇、三乙二醇、棕榈油酸的混合物：75-85%，金属钝化剂：0.5-1.5%，防锈剂：1-5%，抗氧剂：0.5-1%，极压添加剂：0.5-1.5%，其余为去离子水。

10.根据权利要求9所述的一种利用3D打印技术制造耐磨紧固件的方法，其特征在于：所述金属钝化剂为硫化物、亚磷酸酯盐的一种或两种的混合物；所述防锈剂为ZDDP与碱性金属磺酸盐混合物，并且配重比为3:1；所述抗氧剂为硫化烷基酚；所述极压添加剂为亚磷酸酯、硫化烯烃、硫化脂肪酸中的一种。