CN104788696A - 增材制造塑料制件的表面处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种增材制造塑料制件的表面处理装置及方法，其中装置包括处理釜、溶剂、工件篮、加热器、温度传感器以及用于驱动待处理制件或溶剂运动的驱动单元，所述工件篮设置在处理釜内，所述工件篮内放有待处理制件，所述溶剂置于处理釜内，所述加热器用于对溶剂进行加热，当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动。本发明增材制造塑料制件的表面处理装置，通过在当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动，这样便更容易溶解待处理制件表面的凸起处，而对待处理制件的凹陷处的溶解较少，从而达到有效减少表面粗糙度，且提高制件表面质量的目的。

Description

增材制造塑料制件的表面处理装置及方法

技术领域

本发明属于制件表面处理领域，具体涉及一种增材制造塑料制件的表面处理装置及方法。

背景技术

增材制造又称3D打印或快速成型，是一种采用陶瓷、金属、陶瓷或高分子等为材料，通过分层制造的方式来形成物体的技术，相对于传统“减材”制造，增材制造可以制造任意复杂结构外形、近封闭的复杂结构内腔、镂空或叠套结构的制品、零件或组合部件，不会受到传统车铣刨磨等工艺的限制，最大限度的利用材料，生产周期短，这在航空航天、医疗、汽车、模具等领域有着极大的优势。

目前增材制造的塑料制件，其表面较为粗糙（粗糙度约为Ra13 – Ra15 μm），成为该项技术推广应用的一大制约因素。解决这一问题，目前多采用手工打磨、机械抛光或二者结合等传统的表面处理工艺，例如，最常用的是震动研磨机，但该工艺处理时间过长，需要一天的时间才有一定程度的改善。

公开号“CN104098784A”的中国专利，公开了一种3D打印零件的表面处理装置，将3D打印的ABS或树脂零件置于容器内，用加热的有机溶剂进行雾化熏蒸处理。该专利虽然减少了表面粗糙度，也起到了使表面更光滑的作用，但该专利却存在的问题是：静止的熏蒸，将同速率地溶解了待处理制件表面的凸起处和凹陷处，这样在减少表面粗糙度的同时，也降低了待处理制件的质量，因此影响了待处理制件的表面处理效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种有效减少表面粗糙度，且提高制件表面质量的增材制造塑料制件的表面处理装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

增材制造塑料制件的表面处理装置，包括处理釜、溶剂、工件篮、加热器、温度传感器以及用于驱动待处理制件或溶剂运动的驱动单元，所述工件篮设置在处理釜内，所述工件篮内放有待处理制件，所述溶剂置于处理釜内，所述加热器用于对溶剂进行加热，当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动。

进一步优选地，所述溶剂内添加有固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内。

进一步优选地，所述装置还包括预热釜、输送管路和输送泵，所述预热釜通过输送管路与处理釜相连，所述输送泵用于控制溶剂在预热釜和处理釜之间流动。

进一步优选地，所述预热釜与处理釜形成密闭空间。

进一步优选地，所述驱动单元包括动力源和传动轴，所述动力源通过传动轴带动工件篮运动。

进一步优选地，所述驱动单元包括电机和叶轮，所述叶轮置于处理釜内，且电机通过叶轮带动溶剂流动。

增材制造塑料制件的表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一：将溶剂置于处理釜内，所述处理釜内安装有工件篮，所述工件篮内放有待处理制件；

步骤二：对处理釜内的溶剂进行加热，当溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动的时间为第一预设时间。

进一步优选地，所述方法还包括以下步骤：

在对处理釜内的溶剂进行加热之前，将溶剂置于预热釜进行预热，且当溶剂温度达到预设温度时，对溶剂进行保温为第二预设时间。

进一步优选地，所述溶剂内添加有固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内。

进一步优选地，所述溶剂包括一元醇、二元醇、一元有机酸、甲苯、二价酸酯、二氯乙烷、二氯乙烯、二甲苯、丙酮、丁酮、三氯乙烯、N-N二甲基甲酰胺、苯酚、间甲苯酚、环己酮、醋酸乙酯、硫酸、磷酸、氢氧化物、氯仿、四氢呋喃、醋酸乙酯中一种或多种。

本发明的增材制造塑料制件的表面处理装置，通过采用上述技术方案，使得当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动，这样便更容易溶解待处理制件表面的凸起处，而对待处理制件的凹陷处的溶解较少，从而达到有效减少表面粗糙度，且提高制件表面质量的目的。

本发明的增材制造塑料制件的表面处理方法，通过采用上述技术方案，使得当溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动，这样便更容易溶解待处理制件表面的凸起处，而对待处理制件的凹陷处的溶解较少，从而达到有效减少表面粗糙度，且提高制件表面质量的目的。

附图说明

图1是本发明增材制造塑料制件的表面处理装置提供的一实施例的结构图；

图2是本发明增材制造塑料制件的表面处理装置提供的另一实施例的结构图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

如图1所示，增材制造塑料制件的表面处理装置，包括处理釜5、溶剂2、工件篮1、加热器4、温度传感器（图中未示出）以及用于驱动待处理制件3运动的驱动单元6，所述工件篮1设置在处理釜5内，所述工件篮1内放有待处理制件3，所述溶剂2置于处理釜5内，所述加热器4用于对溶剂2进行加热，当温度传感器检测的溶剂2温度达到预设温度时，启动驱动单元6，使得溶剂2与待处理制件3产生相对运动，以溶解待处理制件3表面的凸起处，即有效减少制件表面粗糙度。

具体实施中，所述加热器4和驱动单元6的启动和/或停止可由人工执行，即由操作人员通过观看温度传感器的检测数据进行判断何时启动或停止加热器4、驱动单元6，当然，优选地，为了对整个装置进行更智能控制，所述加热器4和驱动单元6的启动和/或停止也可由控制器控制。

优选地，所述溶剂2内可添加固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内，其目的是，增加溶剂2对待处理制件3表面凸起处的溶解效果。具体实施中，所述固体颗粒为圆形或椭圆形。

具体实施中，所述处理釜5为可承受一定压力、可受控加热、可打开或密闭的釜体，当本发明对待处理制件3进行处理时，优选为封闭式，这样可以避免溶剂2挥发，且当溶剂2为有毒气体时，污染环境。

具体实施中，所述预设温度可根据待处理制件3的具体材料设定，其可为待处理制件3塑料熔点的20%-80%。

此需说明的是，待处理制件3至少为一个，例如根据处理釜的容积大小，确定待处理制件3的数量。

具体实施中，当温度传感器检测的溶剂2温度达到预设温度时，在启动驱动单元6的同时，加热器4停止升温，同时优选地，可对溶剂2进行保温处理，直至驱动单元6接近停止，当然，如果驱动单元6执行的时间较短，即溶剂2起溶解作用时间较短时，当温度传感器检测的溶剂2温度达到预设温度时，启动驱动单元6的同时，也可以对溶剂2不进行保温处理。

具体实施中，所述驱动单元6用于驱动待处理制件3或溶剂2运动，即当驱动单元6用于驱动待处理制件3运动时（见图1），其驱动单元6包括动力源和传动轴，所述动力源通过传动轴带动工件篮1运动，这样便使得运动的待处理制件3与静止的溶剂2产生相对运动，从而溶解待处理制件3表面的凸起处，即有效减少制件表面粗糙度。在此需说明的是，上述动力源可为电机或超声波，当然还可以为其它机械性振源。而当所述驱动单元6用于驱动溶剂2运动或流动时（见图2），所述驱动单元6可包括电机和叶轮61，且电机通过叶轮61带动溶剂2流动，这样便使得静止的待处理制件3与流动的溶剂2产生相对运动，从而溶解待处理制件3表面的凸起处，即有效减少制件表面粗糙度。

如图2所示，增材制造塑料制件的表面处理装置，包括处理釜5、溶剂2、工件篮1、加热器4、温度传感器（图中未示出）、预热釜11、输送管路9、输送泵以及用于驱动溶剂2流动的驱动单元，所述驱动单元包括电机（图中未示出）和叶轮61，所述叶轮61置于处理釜5内，所述工件篮1安装在处理釜5内，所述工件篮1上放有待处理制件3，所述溶剂2置于处理釜5内，所述输送泵包括第一泵7和第二泵8，所述预热釜11通过输送管路9与处理釜5相连，所述第一泵7和第二泵8用于控制溶剂2在预热釜11和处理釜5之间流动，所述预热釜11与处理釜5形成密闭空间，所述溶剂2置于预热釜11内，预热釜11对溶剂2进行预加热，当加热一定温度后，启动第一泵7将预热釜11的溶剂2通过输送管路9输送到处理釜5，在处理釜5中启动加热器4对溶剂2进行继续加热，当温度传感器检测的溶剂2温度达到预设温度时，加热器4停止升温，同时启动驱动单元的电机并带动叶轮61运动，使得溶剂2与待处理制件3产生相对运动，以溶解待处理制件3表面的凸起处，即有效减少表面粗糙度，当待处理制件3处理完毕后，启动第二泵8将处理釜5内的溶剂2通过输送管路9输送到预热釜11，以待下次待处理制件的表面处理。

具体实施中，所述预热釜11包括加热器件10和温度检测器件（图中未示出）。

本实施例是本发明的优选方案，通过进一步包括预热釜11、输送管路9和输送泵，所述预热釜11通过输送管路9与处理釜5相连，所述输送泵用于控制溶剂2在预热釜11和处理釜5之间流动，使得本发明在待处理制件3处理之前，先通过预热釜11对溶剂2进行预加热，这样可以大大缩短待处理制件3处于高温加热的过程，从而更好地保证了待处理制件3内部的机械性能，例如强度、硬度等。

最为该实施例的进一步优选方案，当待处理制件3处理完后，启动第二泵8将处理釜5内高温溶剂2通过输送管路9输送到预热釜11，同时启动第一泵7将预热釜11的剩余低温溶剂2通过输送管路9输送到处理釜5，待一定时间后，停止第一泵7，第二泵8继续工作，直至处理釜5内溶剂2全部抽出且形成负压氛围时停止第二泵8，此时待处理制件3裸露在保持一定负压的处理釜5内，这样一方面可使待处理制件3表面溶剂2可以很快蒸发，即完成干燥过程，另一方面，使待处理制件3能够缓慢降至室温，以最大限度地减少待处理制件3冷却过程中产生的变形。

本发明还提供了一种增材制造塑料制件的表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一：将溶剂置于处理釜内，所述处理釜内安装有工件篮，所述工件篮内放有待处理制件；

步骤二：对处理釜内的溶剂进行加热，当溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动的时间为第一预设时间。

具体实施中，当完成上述步骤二后，基本已实现待处理制件的表面处理工艺，则取出待处理制件，用乙醇进行清洗并干燥处理。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

在对处理釜内的溶剂进行加热之前，将溶剂置于预热釜进行预热，且当溶剂温度达到预设温度时，对溶剂进行保温为第二预设时间。具体实施中，所述第二预设时间小于或等于第一预设时间。

优选地，当待处理制件处理完后，将处理釜内高温溶剂输送到预热釜，同时将预热釜的剩余低温溶剂输送到处理釜，待一定时间后，停止将预热釜的剩余低温溶剂输送到处理釜，并继续将处理釜内高温溶剂输送到预热釜，直至处理釜内溶剂全部抽出且形成负压氛围停止，此时待处理制件裸露在保持一定负压的处理釜内，这样一方面使待处理制件表面溶剂可以很快蒸发，即完成干燥过程，另一方面使待处理制件能够缓慢降至室温，以最大限度地减少待处理制件冷却过程中产生的变形。

优选地，所述溶剂内添加有固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内。

具体实施中，所述溶剂包括一元醇、二元醇、一元有机酸、甲苯、二价酸酯、二氯乙烷、二氯乙烯、二甲苯、丙酮、丁酮、三氯乙烯、N-N二甲基甲酰胺、苯酚、间甲苯酚、环己酮、醋酸乙酯、硫酸、磷酸、氢氧化物、氯仿、四氢呋喃、醋酸乙酯中一种或多种。

具体实施中，当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元的同时停止升温，优选地，可对溶剂进行保温处理，直至驱动单元停止，当然，如果驱动单元执行的时间较短，即待处理制件表面溶剂溶解处理的过程较短时，当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元的同时，也可以对溶剂不进行保温处理。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以具体实施例的形式对本发明的增材制造塑料制件的表面处理方法进行具体阐述。

实施例一

首先混合18L的N-N二甲基甲酰胺溶剂和30L的氧化铝球，氧化铝球的平均粒径为3mm，制成砂性磨料，然后置于处理釜中；

然后将待处理制件（其材质为尼龙6）放入处理釜内的工件篮中，砂性磨料温度加热至60℃时，停止升温；

开启电机带动工件篮运动，从而使得砂性磨料与工件篮的待处理制件产生相对运动，时间为30min，

取出待处理制件，用乙醇清洗，并置于干燥箱中，温度设置为157℃，40min保温后取出工件，完成其表面处理。

实施例二

首先将15L的甲苯溶剂置于预热釜中，并对溶剂进行预加热；

当预热釜将溶剂预加热至60℃温度后，启动输送泵将溶剂从预热釜输送到处理釜，将溶剂继续加热；

然后将待处理制件（其材质为ABS塑料）放入处理釜内的工件篮中，溶剂温度加热至88℃，时，停止升温；

开启电机带动叶轮运动，从而使得溶剂与工件篮的待处理制件产生相对运动，时间为10min；

将处理釜内高温溶剂输送到预热釜，同时将预热釜的剩余低温溶剂输送到处理釜，待2min后，停止将预热釜的剩余低温溶剂输送到处理釜，并继续将处理釜内高温溶剂输送到预热釜，直至处理釜内溶剂全部抽出且形成负压氛围停止，取出待处理制件，完成其表面处理。

实施例三

将二甲苯和正丁醇按质量百分比3:2混合，配置20L混合溶剂和30L的白刚玉磨料制成砂粒磨料，其中白刚玉磨料的平均粒径为1mm，然后将砂粒磨料置于处理釜中；

然后将待处理制件（其材质为尼龙12）放入处理釜内的工件篮中，砂粒磨料温度加热至47℃时，停止升温；

将砂粒磨料进行保温处理，同时开启电机带动叶轮运动，从而使得砂粒磨料与工件篮的待处理制件产生相对运动，时间为30min，具体实施中，此步骤的保温时间为25min；

取出待处理制件，用乙醇清洗，并置于干燥箱中，温度设置为144℃，30min保温后取出待处理制件，完成其表面处理。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，包括处理釜、溶剂、工件篮、加热器、温度传感器以及用于驱动待处理制件或溶剂运动的驱动单元，所述工件篮设置在处理釜内，所述工件篮内放有待处理制件，所述溶剂置于处理釜内，所述加热器用于对溶剂进行加热，当温度传感器检测的溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动。

2.根据权利要求1所述的增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，所述溶剂内添加有固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内。

3.根据权利要求1所述的增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，所述装置还包括预热釜、输送管路和输送泵，所述预热釜通过输送管路与处理釜相连，所述输送泵用于控制溶剂在预热釜和处理釜之间流动。

4.根据权利要求3所述的增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，所述预热釜与处理釜形成密闭空间。

5.根据权利要求1至4任一项所述的增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，所述驱动单元包括动力源和传动轴，所述动力源通过传动轴带动工件篮运动。

6.根据权利要求1至4任一项所述的增材制造塑料制件的表面处理装置，其特征在于，所述驱动单元包括电机和叶轮，所述叶轮置于处理釜内，且电机通过叶轮带动溶剂流动。

7.一种增材制造塑料制件的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将溶剂置于处理釜内，所述处理釜内安装有工件篮，所述工件篮内放有待处理制件；

步骤二：对处理釜内的溶剂进行加热，当溶剂温度达到预设温度时，启动驱动单元，使得溶剂与待处理制件产生相对运动的时间为第一预设时间。

8.根据权利要求7所述的增材制造塑料制件的表面处理方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

在对处理釜内的溶剂进行加热之前，将溶剂置于预热釜进行预热，且当溶剂温度达到预设温度时，对溶剂进行保温为第二预设时间。

9.根据权利要求8所述的增材制造塑料制件的表面处理方法，其特征在于，所述溶剂内添加有固体颗粒，所述固体颗粒包括陶瓷颗粒、金属颗粒和塑料颗粒中的一种或多种，且固体颗粒平均粒径在0.5mm-4mm范围内。

10.根据权利要求7-9任一项所述的增材制造塑料制件的表面处理方法，其特征在于，所述溶剂包括一元醇、二元醇、一元有机酸、甲苯、二价酸酯、二氯乙烷、二氯乙烯、二甲苯、丙酮、丁酮、三氯乙烯、N-N二甲基甲酰胺、苯酚、间甲苯酚、环己酮、醋酸乙酯、硫酸、磷酸、氢氧化物、氯仿、四氢呋喃、醋酸乙酯中一种或多种。