CN106424733A - 一种CoCrMo 合金牙冠3D 打印与电解抛光复合加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，包括：激光选区熔化打印设备和电解抛光设备，激光选区熔化打印设备包括光学传输系统和供光学传输系统的激光射入的真空室，真空室内设有能够升降的成型平台，真空室内还设有输送打印粉末的送粉装置，送粉装置上连接有能将其上的打印粉末铺装到成型平台上的铺粉装置；电解抛光设备包括用于放置制品并装有电解液的电解槽，电解槽内固定有对位电极，对位电极与电源负极相连，在制品电解抛光时，制品与电源正极相连。本发明结合激光选区熔化打印设备和电解抛光设备，处理后的制品表面粗糙程度满足后期加工要求，组织致密可控，力学性能可配，具有优良的耐蚀耐磨性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种医用CoCrMo合金牙冠的3D打印与电解抛光复合加工系统，属于金属选区激光熔化技术领域。
【背景技术】
3D打印技术是快速成型技术的一种，它利用离散-堆积原理，以数字模型文件为基础，利用粉末状金属材料，通过逐层打印的方法来构造三维物体。与传统的制造方法相比，3D打印技术可以在不降低产品质量的前提下，减少原材料的损耗，简化生产流程，提高生产效率。目前，金属材料的3D打印方法主要有：选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)、电子束选区熔化(ElectronBeam Selective Melting，EBSM)等。
CoCrMo合金具有很好的理化性质和机械性能，是常用的医用金属植入体材料，在骨科、口腔等医学领域有广泛的应用。相比于传统的铸造方法，利用选区激光熔化技术制备的CoCrMo合金牙冠，力学性能更加优越，并且可以根据患者需求，进行个性化生产，改善患者体验。但是，3D打印方法加工出来的CoCrMo合金牙冠往往表面粗糙度较高，表面覆有未完全熔化的金属颗粒，而且打印后抛光工艺复杂，精度低，这样的牙冠需要进行进一步的表面处理才能适合烤漆并应用于临床。
本发明就是基于以上问题产生的。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种医用CoCrMo合金牙冠的3D打印与电解抛光复合加工系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于，包括：激光选区熔化打印设备和用于将激光选区熔化打印设备打印出的制品进行抛光的电解抛光设备，所述激光选区熔化打印设备包括光学传输系统和供光学传输系统的激光射入的真空室，所述的真空室内设有能够升降的成型平台，所述的真空室内还设有输送打印粉末的送粉装置，所述的送粉装置上连接有能将其上的打印粉末铺装到成型平台上的铺粉装置；
所述电解抛光设备包括用于放置制品并装有电解液的电解槽，所述的电解槽内固定有对位电极，所述对位电极与电源负极相连，在制品电解抛光时，制品与电源正极相连。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述的真空室内设有在成型平台上升后能与成型平台平齐的支撑平台，所述的送粉装置包括连接在支撑平台上用于储粉的送粉腔体，所述的送粉腔体内设有能在其内升降并能与支撑平台平齐的送粉平台。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述铺粉装置包括能在送粉平台、支撑平台和成型平台上往复运动的铺粉辊。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述支撑平台上连接有成型腔体，所述的成型平台设置在成型腔体内。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述光学传输系统包括能够发出激光的激光器，所述的激光器的后侧依次设有能供激光穿过并到达成型平台的扫描振镜和聚焦透镜。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述成型腔体内设有驱动成型平台升降的升降机构。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述激光选区熔化打印设备还包括与所述真空室相连通的保护气体注入装置和抽真空装置。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述聚焦透镜为F-Theta镜。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述电解槽连接有用于固定所述对位电极的绝缘体。
如上所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述电解槽的底部设置有搅拌器。
与现有技术相比，本发明的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，具有如下有益效果：
本发明结合激光选区熔化打印设备和电解抛光设备，将激光选区熔化打印设备打印出的制品放入电解抛光设备进行抛光，个性化制备效率高，处理后的制品表面粗糙程度满足后期加工要求，组织致密可控，力学性能可配，具有优良的耐蚀耐磨性能。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统的结构视图。
附图说明：1、激光选区熔化打印设备；2、电解抛光设备；3、真空室；4、支撑平台；5、成型腔体；6、送粉腔体；7、激光器；8、扫描振镜；9、聚焦透镜；10、升降机构；11、成型平台；12、制品；13、铺粉辊；14、电解槽；15、电解液；16、对位电极；17、绝缘体；18、电源；19、搅拌器；20、保护气体注入装置；21、抽真空装置；22、送粉平台；23、送粉装置；24、铺粉装置。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，包括：激光选区熔化打印设备1和用于将激光选区熔化打印设备打印出的制品12进行抛光的电解抛光设备2，所述激光选区熔化打印设备1包括光学传输系统和供光学传输系统的激光射入的真空室3，所述的真空室3内设有能够升降的成型平台11，所述的真空室3内还设有输送打印粉末的送粉装置23，所述的送粉装置23上连接有能将其上的打印粉末铺装到成型平台11上的铺粉装置24。
所述电解抛光设备2包括用于放置制品12并装有电解液15的电解槽14，所述的电解槽14内固定有对位电极16，所述对位电极16与电源18负极相连，在制品12电解抛光时，制品12与电源18正极相连。通过接通电源18，使电路产生电流，实现对制品12的抛光加工，本发明的电解抛光装置结构简单，操作便捷，加工效率高，便于工业化生产。
如图1所示，所述的真空室3内设有在成型平台11上升后能与成型平台11平齐的支撑平台4，所述的送粉装置23包括连接在支撑平台4上用于储粉的送粉腔体6，所述的送粉腔体6内设有能在其内升降并能与支撑平台4平齐的送粉平台22。
如图1所示，所述铺粉装置24包括能在送粉平台22、支撑平台4和成型平台11上往复运动的铺粉辊13。所述成型腔体5，送粉腔体6被安装在同一真空室3里，每扫描一层，成型平台11下降20um,送粉辊13与成型平台8配合运动，每扫描一层，送粉辊13铺粉20um,直至成形过程结束。
如图1所示，所述支撑平台4上连接有成型腔体5，所述的成型平台11设置在成型腔体5内。
如图1所示，所述光学传输系统包括能够发出激光的激光器7，所述的激光器7的后侧依次设有能供激光穿过并到达成型平台11的扫描振镜8和聚焦透镜9。在本实施例中，所述激光器7、扫描振镜8和聚焦透镜9设置在所述真空室3的上方。
如图1所示，所述成型腔体5内设有驱动成型平台11升降的升降机构10。
如图1所示，所述激光选区熔化打印设备1还包括与所述真空室3相连通的保护气体注入装置20和抽真空装置21。为确保成形过程工件无污染，成型腔体5需要抽真空并送入保护气体(氩气)，保证成型腔体5的氧浓度<100ppm。
如图1所示，所述聚焦透镜9为F-Theta镜，也可为其他聚焦透镜，在此不作具体限定。
如图1所示，所述电解槽14连接有用于固定所述对位电极16的绝缘体17。所述制品12、对位电极16和绝缘体17设置在所述电解液15中。
如图1所示，所述电解槽14的底部设置有搅拌器19，用于在电解抛光时搅拌电解液，解决电解抛光过程中局部产热量过高，抛光区过热，容易引起电解液沸腾、蒸发的问题，以确保电解抛光过程的正常进行。
采用上述系统加工牙冠的方法可通过如下步骤完成：
将CoCrMo合金粉末均匀置于3D打印成型腔体内。
利用计算机设计建立三维实体模型，设置沿竖直方向生成每层厚度为20μm的横截面层状模型和各层扫描路径程序。
3D打印的工艺参数为：功率45W，扫描速度250mm/s，光斑直径60μm，扫描间距70μm，工作室氧浓度<50ppm。
启动打印程序，激光按照设定好的扫描程序进行第一层横截面图形的打印，第一层完成后，成型平台沿竖直方向下降20μm，开始进行第二层横截面图形打印，上述过程循环进行，得到制品12。
从成型腔体5内取出制品12，用丙酮清洗制件表面油渍，用清水冲洗后吹干。
如图1所示，将制品12与电源18正极相连，铂电极16与电源18负极相连，此时电源18处于关闭状态，制品12与铂电极16间距为15mm。
将制品12和铂电极16置于体积百分比为40％的磷酸，50％的硝酸，10％的甲醇组成的电解液15内。
电解抛光参数为：电流密度40A/dm2，电解液15温度30℃，电解时间5min。
打开电源，进行电解抛光。
关闭电源，将制品12从电解液15里取出，置于清水中清洗，除去表面电解液后吹干，完成加工件的复合加工制备。
复合加工后的制品表面粗糙度由Ra4.564μm降至Ra1.180μm，降低74％，满足后期加工要求。
Claims (10)
1.一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：包括：激光选区熔化打印设备(1)和用于将激光选区熔化打印设备打印出的制品(12)进行抛光的电解抛光设备(2)，所述激光选区熔化打印设备(1)包括光学传输系统和供光学传输系统的激光射入的真空室(3)，所述的真空室(3)内设有能够升降的成型平台(11)，所述的真空室(3)内还设有输送打印粉末的送粉装置(23)，所述的送粉装置(23)上连接有能将其上的打印粉末铺装到成型平台(11)上的铺粉装置(24)；
所述电解抛光设备(2)包括用于放置制品(12)并装有电解液(15)的电解槽(14)，所述的电解槽(14)内固定有对位电极(16)，所述对位电极(16)与电源(18)负极相连，在制品(12)电解抛光时，制品(12)与电源(18)正极相连。
2.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述的真空室(3)内设有在成型平台(11)上升后能与成型平台(11)平齐的支撑平台(4)，所述的送粉装置(23)包括连接在支撑平台(4)上用于储粉的送粉腔体(6)，所述的送粉腔体(6)内设有能在其内升降并能与支撑平台(4)平齐的送粉平台(22)。
3.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述铺粉装置(24)包括能在送粉平台(22)、支撑平台(4)和成型平台(11)上往复运动的铺粉辊(13)。
4.根据权利要求2所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述支撑平台(4)上连接有成型腔体(5)，所述的成型平台(11)设置在成型腔体(5)内。
5.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述光学传输系统包括能够发出激光的激光器(7)，所述的激光器(7)的后侧依次设有能供激光穿过并到达成型平台(11)的扫描振镜(8)和聚焦透镜(9)。
6.根据权利要求4所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述成型腔体(5)内设有驱动成型平台(11)升降的升降机构(10)。
7.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述激光选区熔化打印设备(1)还包括与所述真空室(3)相连通的保护气体注入装置(20)和抽真空装置(21)。
8.根据权利要求5所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述聚焦透镜(9)为F-Theta镜。
9.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述电解槽(14)连接有用于固定所述对位电极(16)的绝缘体(17)。
10.根据权利要求1所述的一种CoCrMo合金牙冠3D打印与电解抛光复合加工系统，其特征在于：所述电解槽(14)的底部设置有搅拌器(19)。
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