CN106077659A - 一种3d打印金属件表面抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种3D打印金属件表面抛光方法,包括设计通过加入防锈剂和润滑剂的SiO2纳米微颗粒的水浴环境,通过涡轮式搅拌器旋转带动抛光效果的液体流动,冲刷作用于金属件的表面,对金属结构件进行抛光;利用的是液体抛光,能够对3D打印复杂金属结构件进行抛光,保证很好的工件完整性和抛光质量,固定金属件夹具可拆卸,针对不同类型的金属件可设计不同的夹具,自动控制的动力系统能够根据抛光件的表面要求和抛光时间提供不同的抛光动力。该方法操作方便,成产成本低,实用性强,不仅可以用于主要针对的是3D打印件的表面抛光,也可以用于其他不易抛光的器件。
Description
技术领域
本发明有关于一种金属结构件表面抛光处理方法,尤其是针对3D打印复杂金属结构件喷砂处理完后的表面抛光处理方法。
背景技术
目前,随着社会的进步发展,对金属等产品的外观要求越来越高,3D打印的出现给金属产品的成形带来了新的改变,SLM 3D打印成形技术通过选择性激光熔化,逐层熔化金属粉末,在较短时间内能够成形复杂的金属结构件或组件,打印成型后的金属件表面有很多的浮粉,经过喷砂处理后表面仍然很粗糙,凹凸不平,达不到设计者和人们的要求,因此,对于3D打印SLM成形后的金属件,喷砂处理后需要进一步的表面抛光处理,但是3D打印成形的金属件往往是结构复杂的构件或组件,难以用传统的抛光技术进行抛光。
现有的金属件抛光方式有(1)机械抛光(2)化学抛光(3)电化学抛光(电解抛光)。
机械抛光常见为采用磨头抛光,工件旋转加摇摆,金属件直接与抛光轮(带)摩擦抛光,抛光后表面会有一层冷作硬化层,这种方式不能实现全面抛光,金属表面不能完全光滑平整,而且对于3D打印复杂曲面或者细小内孔结构件(如网格结构)等很难抛光;也有利用抛光介质与金属件混合搅拌,使金属件与抛光介质相互摩擦抛光金属件的机械抛光,抛光介质一般是钢珠、沙子等,这些会损伤金属件表面,使金属变脆,专利[201410039929.5]设计利用谷壳作为代替昂贵的抛光液作为抛光介质进行抛光,不会损伤金属件表面也具有很好的经济性,但是对于细小的金属件,特别是内孔细小的结构件,抛光效果不明显。
化学抛光虽然可以抛光形状复杂和各种尺寸的金属件,但是化学抛光抛光液的成分复杂,成本高,对环境和人体会产生危害,虽然能够提高金属件表面的光泽度,但是抛光后的金属件表面平整能力不高。
电化学抛光,也称为电解抛光,效率高,可用于形状复杂、薄板和细小的金属物件抛光,但是对于不同的材料电化学抛光的表面质量不同,电化学抛光同时溶解金属件表面的凸起点和凹点,会影响工件的整体性,特别是一些细小的工件并且难以保持零件尺寸和几何形状的精确度,而3D打印金属件在零件尺寸精度和尺寸上有一定的要求,打印的复杂构件结构往往很复杂,采用电化学抛光会影响构件的设计要求,此外,采用电化学抛光对原工件的表面质量也有一定的要求,喷砂处理后的金属件表面粗糙,电化学抛光很难在粗加工零件上获得高的抛光质量。
然而,无论是化学抛光还是电解抛光,虽然效率高,但是成本高,还会对环境和人体的健康产生危害,对于形状复杂有工件完整性的3D打印金属件,并不适用。
发明内容
本发明的目的在于避免机械抛光中抛光范围的局限性和抛光介质对工件表面的伤害,保证工件的整体性,而设计利用溶有SiO2纳米颗粒的液体流动摩擦,对不同类的复杂3D打印金属件进行自动表面抛光处理,提高3D打印金属件喷砂处理后表面光泽度和表面质量,针对3D打印件的结构提出设计不同的夹具系统,灵活变换配合不同3D打印件的固定,对复杂工件特别是3D打印组件进行喷砂处理后的表面抛光。
为达上述目的,本发明设计了一种3D打印金属件表面抛光方法,包括抛光介质成分的选择,通过电机带动涡轮式搅拌器带动液体的流动冲刷金属的内外表面,同时配合金属件的转动获得好的抛光效果和抛光效率,而又保证在金属件抛光过程中不至于氧化;不同3D打印金属件夹具的设计,抛光过程中需要对金属件进行固定,针对不同结构特点金属件,设计不同的夹具进行固定;动力系统的设计,电机带动涡轮式搅拌器旋转,带动抛光液的流动,不同的旋转功率配合金属件的转动有不同的抛光效果;控制系统的设计,能够控制夹具旋转运动,电机功率的输出控制,针对不同工件选择合适的功率。
一种3D打印金属件表面抛光方法,其特征在于:在抛光桶中加入液体抛光介质,动力电机带动方法底端的涡轮式搅拌器,带动抛光介质液体的流动,冲刷固定夹具上的金属件进行抛光,夹具连接的旋转盘旋转自转配合工件的抛光。
进一步,其特征在于所述的抛光介质成分为直径为30~40nm的SiO2颗粒悬浮液,质量分数为5%~10%,并加入体积分数为抛光介质总体积0.2%~0.5%的防锈剂和体积分数为抛光介质总体积0.5%~1.0%的润滑剂,其余为水。
进一步,其抛光介质的特征在于防锈剂为聚乙二醇,分子量为200~500,润滑剂为水基液体。
进一步,涡轮式搅拌器安放在方法中抛光桶的底端,旋转带动液体冲刷金属件,根据抛光件的表面粗糙度要求和抛光时间调节涡轮式搅拌器的转速,来控制抛光件的表面质量和抛光时间进一步,固定金属件的夹具根据金属件的特点选择夹具。
针对有圆柱的金属件或者有辅助圆柱的不规则的结构件选用三爪卡盘夹具。
本发明一种3D打印金属件表面抛光方法,抛光介质加入的防锈剂为聚乙二醇,分子量为200~500,用量为抛光介质总体积的0.2%~0.5%,加入的防锈剂可以保证金属件具有防锈能力,同时增加磨料的悬浮性,并有一定的润滑、冷却作用。
本发明抛光介质加入的润滑剂为水基液体润滑剂,可以采用工业可用的切削液,主要成分为乙二醇、四硼酸钠、偏硅酸钠、磷酸钠,用量介质总体积的0.5%~1.0%,润滑剂能减低抛光介质的表面张力,使磨料分散、悬浮,提高抛光效率。
本发明夹具系统不固定可拆卸更换,可根据金属件的结构选择夹具;对于不规则表明形貌复杂的金属件,打印时在打印表面质量无要求的表面处添加辅助圆柱体,以及对于本身有圆柱体的金属件,设计采用有三爪卡盘的夹具进行固定,这样固定金属件不影响工件的表面形貌,也避免直接作用金属件不规则表面而增加金属件的内部应力,此外,为了配合液体流动均匀抛光金属件,设计夹具能够自转,带动金属件自转配合抛光。
本发明固定金属件的夹具需要在抛光液中不断作用,需要采用强度较高的耐磨性较好不易生锈的不锈钢制造。
本发明根据抛光表面抛光要求(粗糙度)和方法的大小选择动力系统,电机连接方法底部的涡轮式搅拌器,工作时旋转的涡轮式搅拌器带动抛光液体的转动,使抛光液中的SiO2颗粒获得所需的流动速度,和金属件凹凸不平表面发生碰撞,使工件表面的凸起发生塑性变形甚至剪切,实现抛光效果。
本发明中一种3D打印金属件表面抛光方法具有以下优点:代替传统的电化学抛光,设计利用加入SiO2微颗粒的水溶性环境,利用SiO2纳米颗粒的冲刷作用,对复杂构件进行抛光,实质是一种机械抛光和电化学抛光的综合,能够保证很好的工件完整性,成本低而且对操作者没有伤害,保护环境,能够抛光较脆的结构件;与机械抛光中谷壳抛光介质相比,本发明采用抛光介质是液体,对金属件的抛光作用更加全面,能够抛光复杂件的内表面;针对不同结构类工件,设计不同的夹具进行固定,能够针对不同结构的工件进行变换,有很好的灵活性;此外,所述方法不仅可以用于3D打印金属件的表面抛光,也可以用于其他不易抛光的器件,具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明,如图1所示,一种3D打印金属件表面抛光方法,该方法的工作原理为:电机9带动涡轮式搅拌器8的旋转,涡轮式搅拌器8的旋转速度为300~600r/min,抛光介质6在涡轮式搅拌器8的作用下获得流速冲刷金属件10的表面,通过夹具5固定金属件,有圆柱类结构或有辅助圆柱的表面形状不规则的金属件通过图中的三爪卡盘7固定,夹具5的连接传动轴和旋转盘3的下端传动连接轴4通过螺栓相互连接,在工作时电机2工作带动旋转盘3的转动,传动带动夹具5的旋转,金属件也会随着电机2的转动而自转配合旋转的的抛光介质6抛光金属件。一种3D打印金属件表面抛光方法方法,其特征在于:在抛光桶中加入液体抛光介质,动力电机带动方法底端的涡轮式搅拌器,带动抛光介质液体的流动,冲刷固定夹具上的金属件进行抛光,夹具连接的旋转盘旋转自转配合工件的抛光。
所述的抛光介质成分为直径为30~40nm的SiO2颗粒悬浮液,质量分数为5%~10%,并加入体积分数为抛光介质总体积0.2%~0.5%的防锈剂和体积分数为抛光介质总体积0.5%~1.0%的润滑剂,其余为水。防锈剂为聚乙二醇,分子量为200~500,润滑剂为水基液体。
应用实例:要求制造并抛光某一SLM制造的古代酒樽,保证很好的表面完整性,并有很好的表面质量。
首先选择夹具,因为酒樽表面不规则,比较复杂,因此在底端设计辅助抛光圆柱方便夹具的固定;然后SLM制造出底部带有辅助抛光圆柱的金属酒樽,喷砂处理后金属表面质量为Ra4~5,通过三爪卡盘固定在夹具上;然后选择涡轮式搅拌器的旋转速度和抛光时间,酒樽表面有花纹,抛光过程中如果转速过大,抛光介质流速过快会破坏花纹的完整性,因此选择转速不能太高,涡轮式搅拌器的转速为300~600r/min,选择350r/min的转速,为了保证表面质量抛光时间不能太短,抛光时间控制在0.5~1h;最后按照方法的工作原理进行抛光。
实验效果分析:经过上述方法抛光金属工件例如金属酒樽,表面光洁度级别明显提高,表面粗糙度可达Ra0.4~0.6。
Claims (6)
1.一种3D打印金属件表面抛光方法,其特征在于:在抛光桶中加入液体抛光介质,动力电机带动抛光桶底端的涡轮式搅拌器,带动抛光介质液体的流动,冲刷固定夹具上的金属件进行抛光,夹具连接的旋转盘旋转自转配合工件的抛光。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的抛光介质成分为直径为30~40nm的SiO2颗粒悬浮液,质量分数为5%~10%,并加入体积分数为抛光介质总体积0.2%~0.5%的防锈剂和体积分数为抛光介质总体积0.5%~1.0%的润滑剂,其余为水。
3.根据权利2中所述的方法,其特征在于:防锈剂为聚乙二醇,分子量为200~500,润滑剂为水基液体。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于涡轮式搅拌器安放在抛光桶的底端,旋转带动抛光液体冲刷金属件,根据抛光件的表面粗糙度要求和抛光时间调节涡轮式搅拌器的转速,来控制抛光件的表面质量和抛光时间。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:固定金属件的夹具能够拆卸,根据金属件的特点选择夹具。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:针对有圆柱的金属件或者有辅助圆柱的不规则的结构件选用三爪卡盘夹具。
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