CN107523856A - 对工件进行加工的系统和方法以及制品 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式涉及一种对工件进行加工的系统，该工件包括内表面，该内表面定义内部通道。该系统包括位于内部通道中并与工件电绝缘的电极、电解液供应模块、电源模块及去除器。电解液供应模块用于使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动。电源模块用于施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑。去除器用于在该内表面光滑后将电极从内部通道中完全地去除。本发明实施方式还提供一种对工件进行加工的方法及制品。

Description

对工件进行加工的系统和方法以及制品
技术领域
本发明实施方式涉及一种对工件进行加工的系统和方法以及一种制品。
背景技术
增材制造(additive manufacturing，AM)是一种使用包括金属和塑料的多种材料三维打印工件的技术。在增材制造中，以逐层的方式构造工件。例如，工件的每一层通过使粉末材料平整并选择性地使用高功率激光熔化粉末材料被制造。在每一层后，更多的粉末材料被添加，并使用激光熔化粉末材料以形成下一层，同时熔化它到先前的层以制造该工件。该工件典型地具有粗糙的表面必须通过后构造方法，例如喷砂，研磨，砂磨或抛光，来改善以满足工业标准。这些方法可以改善该工件的外部容易接触到的表面上的光洁度，但通常不足以改善工件内表面的光洁度。工件内表面的光洁度必须改善，以减轻由于例如断裂、低循环疲劳、高循环疲劳和焦化等条件引起的工件故障。
电化学加工(ECM)也是用于提高表面光洁度的方法。由于ECM的高金属去除率，可以实现工件内表面的足够光滑而没有热或机械应力被传递到工件。在ECM过程中，阴极，或工具，朝向阳极，或工件，推进。阴极和阳极之间的间隙充满电解液，随着离子越过阴极和阳极之间的间隙，物质被从阳极溶解，并且电解液带走在ECM过程中形成的金属氢氧化物。ECM可以改善增材制造的工件内表面的光洁度。然而，某些工件的复杂几何结构阻止传统的阴极进入工件内表面所定义的内部通道。例如，该内部通道的尺寸大于进入孔的尺寸，该进入孔提供对内部通道的访问。该内部通道扭曲的和转向的通过一个复杂的路径，将阴极放置于内部通道较为困难。另外，在ECM过程中，阴极必须与工件电绝缘，以确保提高工件内表面的光洁度。此外，在ECM过程完成之后，将阴极从复杂的工件的内部通道中去除较为困难。
针对不是通过增材制造方法形成的工件的内表面，上述问题也同样存在于提高该工件的内表面的光洁度的过程中。
因此，需要一种改进的系统和方法来解决上述至少一个问题。
发明内容
现在归纳本发明实施方式的一个或多个方面以便于本发明实施方式的基本理解，其中该归纳并不是本发明实施方式的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明实施方式的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明实施方式的一些概念。
本发明实施方式的一个方面在于提供一种对工件进行加工的系统，该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该系统包括：
位于内部通道中并与工件电绝缘的电极；
电解液供应模块，用于使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
电源模块，用于施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
去除器，用于在该内表面光滑后将电极从内部通道中完全地去除。
较佳地，在上述系统中，该电极通过增材制造装置形成于内部通道中；
其中，该去除器包括腐蚀液供应模块，该腐蚀液供应模块用于在将电解液从内部通道中去除后使腐蚀液在内部通道中循环流动并且不与被光滑的内表面接触，以完全地溶解电极。
较佳地，在上述系统中，该去除器包括在被光滑的内表面上的抗腐蚀涂层，该抗腐蚀涂层用于保护被光滑的内表面不被腐蚀液溶解；
其中，在将腐蚀液从内部通道中去除后，该抗腐蚀涂层被从内部通道中去除。
较佳地，在上述系统中，该电极具有弹性以确保电极能够被插入内部通道中；
其中，该去除器包括牵引件，该牵引件用于在将电解液从内部通道中去除后将电极从内部通道中推出或者拉出。
较佳地，在上述系统中，该电极包括：
多个第一基体部；
分别形成于多个第一基体部上的多个导电层；
多个第二基体部；及
分别形成于多个第二基体部上的多个导电条；
其中，该多个第一基体部及多个第二基体部通过增材制造装置被形成在一起，多个导电层和多个导电条被耦合在一起以提供电极的导电性。
本发明实施方式的另一个方面在于提供一种对工件进行加工的方法，该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该方法包括：
提供电极并且使电极位于内部通道中并与工件电绝缘；
使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
在该内表面光滑后，将电极从内部通道中完全地去除。
较佳地，在上述方法中，所述提供电极并且使电极位于内部通道中包括：
通过增材制造装置将电极形成于内部通道中；
其中，所述将电极从内部通道中完全地去除包括：
在将电解液从内部通道中去除后，使腐蚀液在内部通道中循环流动并且不与被光滑的内表面接触，以完全地溶解电极。
较佳地，上述方法还包括：
在被光滑的内表面上形成抗腐蚀涂层以保护被光滑的内表面不被腐蚀液溶解；及
在将腐蚀液从内部通道中去除后，将抗腐蚀涂层从内部通道中去除。
较佳地，在上述方法中，所述提供电极并使电极位于内部通道中包括：
提供具有弹性的电极以确保电极能够被插入内部通道中；
其中，所述将电极从内部通道中完全地去除包括：
在将电解液从内部通道中去除后，将电极从内部通道中推出或者拉出。
本发明实施方式的又一个方面在于提供一种制品，其通过一种方法对工件进行加工后形成；该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该方法包括：
提供电极并且使电极位于内部通道中并与工件电绝缘；
使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
在该内表面光滑后，将电极从内部通道中完全地去除。
较佳地，在上述制品中，该工件和电极通过增材制造装置形成。
本发明实施例提供的对工件进行加工的系统和方法以及制品，使电极位于内部通道中并与工件电绝缘，并通过电化学加工方法对工件进行加工以促进工件内表面的光滑，在内表面光滑后，将电极从内部通道中完全地去除；不仅消除了由于工件的表面粗糙度引起的机械疲劳等，而且解决了传统/现有技术中难以将电极从内部通道中完全去除的技术问题。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明实施方式的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1为工件和电极的透视剖面图。
图2为用于制造图1所示工件和电极的增材制造系统的示意图。
图3为本发明第一实施例的工件、电极和系统所包括的电化学加工装置的示意图。
图4为本发明第一实施例的工件、电极和系统所包括的去除器的示意图。
图5为一种制品的透视剖面图，该制品由图3所示电化学加工装置和图4所示去除器对工件进行加工后形成。
图6为工件、电极和牵引件的剖面图。
图7为本发明第二实施例的工件、电极和系统所包括的电化学加工装置的示意图。
图8为本发明第二实施例的工件、电极和系统所包括的去除器的示意图。
图9为图6所示电极的示意图，该电极通过增材制造方式部分地形成。
图10为图6所示电极的示意图，该电极在增材制造方式之后通过电镀方式形成。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明实施方式所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明实施方式的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明实施方式所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个；“底”和/或“顶”，除非另有注释，仅用于描述的方便，不限于任何一个位置或空间取向。“或者”包括所列举项目中的任意一者、多者或者全部。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“耦合”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“控制器”可以包括单一组件或者多个组件，例如一个或者多个主动元件或者被动元件，该等元件可选地连接或者全部连接在一起，以提供所对应描述的功能。
图1为工件100和电极116的透视剖面图。在本实施方式中，工件100可以通过例如图2所示的增材制造系统200来形成。在其它实施方式中，工件100可以通过其它制造方法而不是增材制造方法来形成。
工件100包括主体部106及构建板104。主体部106通过其底部表面102耦合至导电的构建板104。在本实施例中，工件100可为待加工的燃气涡轮机的燃料喷嘴或涡轮机的转子叶片。在其它实施例中，工件100可以是使用增材制造方法形成的任意工件。
主体部106具有外表面108。在本实施例中，主体部106具有内表面110，内表面110定义(英文为define)内部通道112于工件100中。电极116可以是通过例如图2所示增材制造系统200形成于内部通道112中。在其它实施例中，主体部106具有多个内表面110(未图示)，多个内表面110分别定义多个内部通道112(未图示)于工件100中。
在本实施例中，工件100包括五个进入孔114，每个进入孔114在主体部106的外表面108和内部通道112的内表面110之间贯穿工件100。因此，每个进入孔114提供了对内部通道112的访问。在其它实施例中，工件100包括一个进入孔114、二个进入孔114、三个进入孔114、四个进入孔114或者五个以上的进入孔114。
在本实施例中，电极116位于内部通道112中并且不与内表面110或者主体部106的任何部分接触。在其它实施例中，多个电极116(未图示)位于内部通道112中并且不与内表面110或者主体部106的任何部分接触。
在示范性实施例中，电极116包括实体电极、空心电极或它们的组合。通常来说，电极116可具有便于ECM操作的任何结构。
在本实施例中，工件100包括耦合于构建板104和电极116之间的五个支撑件118。具体地，每个支撑件118包括耦合至构建板104的第一端部120、耦合至电极116的第二端部122和位于第一端部120与第二端部122之间的中间部124。电极116通过该等支撑件118耦合于构建板104。该等支撑件118便于支撑电极116于内部通道112中。每个支撑件118的中间部124通过对应的进入孔114延伸到电极116，使得每个支撑件118不与工件100的主体部106接触。在另一个实施例中，工件100包括耦合于构建板104和电极116之间的一个支撑件118。在又一个实施例中，工件100包括耦合于构建板104和电极116之间的二个支撑件118、三个支撑件118、四个支撑件118或五个以上的支撑件118。
图2为用于制造图1所示工件100和电极116的增材制造系统200的示意图。在本实施例中，工件100的模型是使用计算机辅助设计(computer aideddesign,CAD)软件设计的，该模型包括主体部106和多个支撑件118的三维坐标的设计。一般情况下，增材制造提供了较快的材料加工时间、创新的连接技术、并且较少关注几何结构的约束。在一个示例性实施例中，直接金属激光熔化(direct metal laser melting,DMLM)或直接金属激光烧结(direct metallaser sintering,DMLS)，用于产生所述增材制造的工件100。DMLM是基于激光的快速成型和加工过程，其中复杂的工件可以通过金属粉末的精密熔化和凝固被直接制作成较大结构的连续沉积层，每个沉积层对应于三维工件100的截面层。
增材制造系统200包括增材制造装置202、粉末输送装置204、计算机206及激光208，该等部件促进由金属粉末210制造工件100和电极116。
增材制造装置202是一个DMLM装置。可替代地，增材制造装置202可以是有助于制造工件100的任何增材制造设备。增材制造装置202包括具有第一侧壁214和相对的第二侧壁216的粉末床212。增材制造装置202包括构建板218，构建板218位于第一侧壁214和第二侧壁216之间，并有助于在制造过程中支撑工件100。在一个示例性实施例中，构建板218可以是例如图1所示的构建板104。
活塞220耦合到构建板104，并且能够沿着竖直方向在粉末床212的第一和第二侧壁214和216之间移动。活塞220被调整，以使得构建板104的顶表面定义(英文为define)了一个工作表面222。粉末输送装置204包括粉末施加器226和耦合到粉末施加器226的粉末供应器224，粉末施加器226用于将粉末210从粉末供应器224输送到增材制造装置202。在示范性实施例中，粉末施加器226为粉末刷，其用于将偶数层的粉末210分配到粉末床212中。
可替代地，粉末施加器226可以是喷嘴，其用于将粉末210从粉末供应器224传送到粉末床212。一般地，粉末施加器226可以是将粉末210从粉末供应器224传送至粉末床212的任何设备，使得系统200可以如同本文所描述一样操作。
在操作过程中，粉末施加器226用于将粉末210的第一层从粉末供应器224分配至构建板218的工作表面222。在计算机206的导引下，激光208用于将激光束228导向构建板218的工作表面222，以选择性地熔化粉末210到组件100的截面层。更具体地，激光束228通过快速地将粉末210熔化在一起以形成固体，从而选择性地将粉末210熔化至图1所示构建板104的顶面。随着激光束228连续地形成每个层的一部分，热被先前熔化的区域导走了，从而导致了快速冷却和固化。在示范性实施例中，计算机206控制激光束228，使得粉末210的每一层将包括形成工件100的截面层的至少一部分的未烧结粉末和烧结粉末。
在示例性实施例中，在工件100的截面层完成时，构建板104被活塞220降低并且粉末施加器226将粉末210的附加层分配到粉末床212，激光束228再次被计算机206控制以有选择地形成工件100的另一个截面层，这个过程被继续随着连续的截面层被构造到工件100。工件100的每个连续沉积层的厚度可以是，例如，10微米和200微米之间，尽管该厚度可以基于增材制造装置202的参数来选择。
在一种示范性实施例中，从底部表面102制造工件100开始，使得工件100的对应截面层可包括主体部106、电极116和支撑件118的至少一部分。更具体地，增材制造装置202便于同时形成主体部106和电极116，使得电极116形成于工件100的内部通道112中(示于图1)。此外，增材制造装置202便于同时形成主体部106、电极116和支撑件118。当增材制造过程完成中，任何未烧结的粉末210通过图1所示进入孔114从内部通道112去除，以及工件100从粉末床212去除以便于进一步的处理。
在示范性实施例中，工件100可以从包括超合金的粉末210制成，该超合金可以是例如钴基超合金、钴铬超合金或镍基超合金，该粉末210还可以是例如不锈钢、钛、铬、其它合金、或它们的组合。铬和镍基超合金通常被用来制造燃气涡轮机部件，因为在高温工作条件下需要涡轮机具有长期的高强度。金属粉末210需要具备增强的强度、耐用性和长时间的使用寿命，特别是在高温下。
在其它实施例中，增材制造系统200可使用金属粉末210和塑料粉末(未图示)来制造工件100，并且工件100的内表面110由金属粉末210制造。
在增材制造之后，工件100的内表面110具有相对高的粗糙度，因此工件100需要进一步的处理。这样的后制造处理可以包括，例如，消除应力、硬化热处理、锤击/冲击(peening)、抛光、热等静压(hot isostatic pressing,HIP)或ECM。在一些实施方式中，上面列出的一种或多种后制造处理方法是不必要的并且可以省略。在示范性实施例中，作为增材制造的结果，工件100可能包括相对高的表面粗糙度。具体地，图1所示工件100的内表面110具有相对高的粗糙度，可能不适合使用。因此，图1所示工件100的内表面110需要进一步处理，以促进内表面110的光滑。
图3为本发明第一实施例的工件100、电极116和系统500所包括的电化学(electrochemical machining,ECM)加工装置300的示意图。电化学加工装置300包括电解液供应模块310和电源模块320。电解液供应模块310包括电解液源312、导管315、泵316及喷嘴318。在本实施例中，电解液源312可能是例如储存罐或者类似物。
在示范性实施例中，在电解加工过程中，工件100与电极116和支撑件118电绝缘。为了促进上述电绝缘，图1所示构建板104被图3所示非导电的支撑板302取代。
主体部106通过其底部表面102耦合至支撑板302，电极116通过多个支撑件118的多个第一端部120耦合至支撑板302。非导电的支撑板302便于主体部106与电极116和多个支撑件118之间的电绝缘，使得施加于电化学加工装置300内部的电流不会从主体部106流至电极116和多个支撑件118。在非限定的实施例中，首先，使用传统加工方法将图1所示构建板104从主体部106的底部表面102和多个支撑部118去除；其次，构建板104覆盖非导电物质，例如但不限于环氧树脂(epoxy)，以形成环氧树脂板；再次，使用传统加工方法将构建板104和其上形成的环氧树脂板分离开来；最后，分离的环氧树脂板耦合至主体部106的底部表面102及多个支撑部118，以形成支撑板302，因此构建板104被非导电的支撑板302取代。
电源模块320包括电源322、正极导线324、负极导线326及控制器328。电源322用于施加电压(例如脉冲电压，更具体的是双极性脉冲电压)于工件100与电极116之间，以从工件100上电化学去除物质，使得内表面110光滑。脉冲电压被施加到电极116和工件110以从内部通道112的内表面110上电化学去除预定量的物质。电源322将双极性的脉冲电压施加于电极116和工件110之间。更具体地，正极导线324与主体部106电耦合，负极导线326通过支撑件118与电极116电耦合，以提供脉冲电压给电极116和主体部106。在示范性实施例中，控制器328与双极性电源322电耦合，并用于执行脉冲控制。控制器328控制上述脉冲电压的脉冲持续时间、频率及幅值。
电解液供应模块310包括容器319，容器319用于储存电解液314。电解液314包括电荷携带液体(charge-carrying fluid)，例如但不限于磷酸。容器319的尺寸被构造成足够收容电解液314、工件100、电极116、支撑件118、正极导线324及负极导线326。
电解液314通过进入孔(access port)114在内部通道112中循环流动。在本示范性实施例中，电解液314储存于电解液源312中，电解液源312通过进入孔114与内部通道112流体相通。电解液314可能通过例如泵316的喷嘴318被循环流动到内部通道112中。泵316通过导管315与电解液源312流体相通。
电解液314在电极116与工件100之间的间隙103中循环流动，并且电源322的电压(例如脉冲电压)被施加于电极116与工件100之间，以导致内表面110的部分溶解，该溶解导致内表面610的光滑以提供高品质的表面光洁度。电解液314通过进入孔114从工件100带走在电化学加工过程中形成的金属氢氧化物。
如上所描述的，工件100可为待加工的燃气涡轮机的燃料喷嘴或任意数量的涡轮机的转子叶片，并且需要高品质的表面光洁度以便于操作。与传统的加工方法，例如喷砂，研磨，砂磨或抛光，相比，上述电化学加工方法促进工件100的内表面110的光滑并且没有热或机械应力被传递到工件100。
在内表面110的粗糙度被电化学加工装置300去除后，将电极116从内部通道112中完全地去除是有益的。
图4为本发明第一实施例的工件100、电极116和系统500所包括的去除器400的示意图。去除器400用于在内表面110光滑后将电极116从内部通道112中完全地去除。在此需要说明的是，“将电极116从内部通道112中完全地去除”是指将整个电极116从内部通道112中去除。
去除器400包括腐蚀液供应模块410。腐蚀液供应模块410包括腐蚀液源412、导管415、泵416及喷嘴418。
腐蚀液源412用于提供腐蚀液414以将电极116从内部通道112中完全地去除。在本实施例中，腐蚀液源412可能是例如储存罐或者类似物。
去除器400包括容器419，容器419用于储存腐蚀液414。容器419的尺寸被构造成足够收容腐蚀液414、工件100及电极116。
在将图3所示电解液314从内部通道112中去除后，腐蚀液414在内部通道112中循环流动并且不与被光滑的内表面110接触，以完全地溶解电极116。腐蚀液414不与被光滑的内表面110接触的目的是为了保护被光滑的内表面110不被腐蚀液414溶解。如图3所示，电解液314可能通过例如泵316的喷嘴318从内部通道112中去除。
具体地，腐蚀液414通过进入孔114在电极116与工件100之间的间隙103中循环流动。腐蚀液414可能通过例如泵416的喷嘴418被循环流动到内部通道112中。泵416通过导管415与腐蚀液源412流体相通。
在示范性实施例中，腐蚀液414包括酸性溶液。
在一个实施例中，电极116由钴铬合金制成，腐蚀液414为硫酸(H2SO4)和磷酸(H3PO4)的混合溶液或者盐酸(HCl)和硝酸(HNO3)的混合溶液；也就是说，硫酸(H2SO4)和磷酸(H3PO4)的混合溶液或者盐酸(HCl)和硝酸(HNO3)的混合溶液可完全地溶解由钴铬合金制成的电极116。
在另一个实施例中，电极116由不锈钢制成，腐蚀液414为硫酸(H2SO4)或者盐酸(HCl)和硝酸(HNO3)的混合溶液；也就是硫酸(H2SO4)或者盐酸(HCl)和硝酸(HNO3)的混合溶液可完全地溶解由不锈钢制成的电极116。
去除器400包括抗腐蚀涂层420，抗腐蚀涂层420用于将腐蚀液414和被光滑的内表面110分离。抗腐蚀涂层420沉积于被光滑的内表面110上以保护被光滑的内表面110不被腐蚀液414溶解。
在将腐蚀液414从内部通道112中去除后，抗腐蚀涂层420被从内部通道112中去除。腐蚀液414通过例如泵416从内部通道112中去除。
在一种实施例中，抗腐蚀涂层420由蜡形成。首先，固体石腊被加热至其熔化温度；随后热的液态蜡填满于电极116和被光滑的内表面110之间的间隙103中，当热的液态蜡冷却至室温时，抗腐蚀涂层420沉积于被光滑的内表面110上。相对应地，抗腐蚀涂层420可通过加热的方法从内部通道112中去除。
在另一种实施例中，抗腐蚀涂层420由稀泥釉(slurry)形成，其是新的印刷技术，就是铺开一层薄薄的稀泥釉(slurry)到被光滑的内表面110，其中包含的陶瓷内嵌于一种聚合物前体(polymer precursor)；当紫外线模式的光投射在这一薄层时，这种材料就会凝固，这只是因为它暴露于这种光线。另一层稀泥釉也要铺开，是在这一薄层之上，有光就会闪烁，这种结构的制备就是这样，一层叠一层。
在又一种实施例中，抗腐蚀涂层420由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)形成，抗腐蚀涂层420通过浸渍的方式沉积于被光滑的内表面110。相对应地，抗腐蚀涂层420可通过腐蚀的方法从内部通道112中去除。具体地，抗腐蚀涂层420溶解于适合的溶剂例如丙酮(acetone)中。
图5为一种制品990的透视剖面图，该制品990由图3所示电化学加工装置300和图4所示去除器400对工件100进行加工后形成。在图5所示制品990中，工件100的内表面110的粗糙度已被电化学加工装置300去除，图1及图3-4所示电极116已被从内部通道112中完全地去除，图3所示支撑件118和支撑板302已被从图3所示工件100去除。
图6为工件600、电极616和牵引件640的剖面图。工件600包括内表面610，内表面610定义内部通道612。在其它实施例中，工件600包括多个内表面610(未图示)，多个内表面610分别定义多个内部通道612(未图示)。
电极616包括第一端602和与第一端602相对的第二端604。在本实施例中，电极616具有弹性以确保电极616能够被插入内部通道612中，从而使得电极616位于内部通道612中，如图6所示。具体地，牵引件640与电极616的第一端602机械耦合，牵引件640用于对电极616施加拉力以使电极616被插入内部通道612中。
在其它实施例中，多个牵引件640(未图示)用于分别对多个电极616(未图示)施加拉力，以使多个电极616被插入内部通道612中，从而使得多个电极616位于内部通道612中。
内部通道612是非线性的，也就是说，电极616具有复杂的内部几何结构，例如转弯(turns)、拱状(vaults)、收敛和分散的通道(convergent anddivergent passages)、腔(cavities)、死区(dead legs)及孔(holes)等等。在一个实施例中，内部通道612为螺旋形的或扭曲的内部通道或者在轴向方向上具有变化的截面尺寸。
具体地，电极616包括多个第一基体部620和多个第二基体部622。多个第一基体部620和多个第二基体部622可通过例如增材制造方法形成在一起。多个第一基体部620中的每一者和多个第二基体部622中的每一者彼此相邻地组装。多个第一基体部620包括第一基体部620a、620c；多个第二基体部622包括第二基体部622a、622b、622c、622d。当电极616被插入内部通道612时，第一基体部620a、620c由于内部通道612的复杂结构而变形，使得第二基体部622a、622b之间的距离发生变化以及第二基体部622c、622d之间的距离发生变化。
图7为本发明第二实施例的工件600、电极616和系统900所包括的电化学加工装置700的示意图。电化学加工装置700包括电解液供应模块710和电源模块720。电解液供应模块710包括电解液源712、导管715、泵716、喷嘴718及容器719。电源模块720包括电源722、正极导线724、负极导线726及控制器728。
容器719的尺寸被构造成足够收容电解液源712的电解液714、工件600、电极616、正极导线724及负极导线726。
在本实施例中，电极616与工件600的内表面610电绝缘，将在图8中描述。正极导线724与工件600电耦合，负极导线726与电极616电耦合。
与图3类似，电解液714通过泵716的喷嘴718被循环流动至电极616与工件600之间的间隙603中，并且电源722的电压(例如脉冲电压)在控制器728的控制下被施加于电极616与工件600之间，以促进内表面610的光滑。泵716通过导管715与电解液源712流体相通。
在一个实施例中，工件600可能是例如图1、图3-4所示的工件100；内表面610可能是例如图1、图3-4所示的内表面110；内部通道612可能是例如图1、图3-4所示的内部通道112。
图8为本发明第二实施例的工件600、电极616和系统900所包括的去除器800的示意图。去除器800用于在内表面610光滑后将电极616从内部通道612中完全地去除。在此需要说明的是，“将电极616从内部通道612中完全地去除”是指将整个电极616从内部通道612中去除。
电极616具有弹性以确保电极616能够从内部通道612中去除。具体地，去除器800包括牵引件810，牵引件810与电极616的第二端604机械耦合，牵引件810用于在将图7所示电解液714从内部通道612中去除后将电极616从内部通道612中拉出，使得电极616从内部通道612中完全地去除。在一个实施例中，电解液714通过例如图7所示泵716的喷嘴718从内部通道112中去除。
在其它实施例中，多个牵引件810(未图示)用于分别将多个电极616(未图示)从内部通道612中拉出，使得多个电极616从内部通道612中完全地去除。
在其它实施例中，去除器800包括图6所示牵引件640，牵引件640用于对电极616施加拉力以使电极616被插入内部通道612中，或者牵引件640用于对电极616施加推力以使电极616从内部通道612中去除。
图9为图6所示电极616的示意图，该电极616通过增材制造方式部分地形成。在图9中，电极616包括由多个第一基体部620和多个第二基体部622组成的非导电芯轴(mandrel)610。多个第一基体部620和多个第二基体部622通过增材制造装置(例如图2所示的增材制造装置200)形成在一起。
在示范性实施例中，多个第一基体部620中的每一者由非导电材料制成，多个第二基体部622中的每一者也由非导电材料制成。其中，多个第一基体部620和多个第二基体部622的尺寸被构造以提供电极616与工件600之间的电绝缘。在非限定的例子中，每个第二基体部622的宽度被构造成大于每个第一基体部620的宽度，以提供电极616与工件600之间的电绝缘。
在示范性实施例中，多个第一基体部620中的每一者和多个第二基体部622中的每一者彼此相邻地组装。
在一个具体实施例中，多个第一基体部620中的每一者由硬塑料材料制成，多个第二基体部622中的每一者由软塑料材料制成。在一个实施例中，硬塑料材料包括聚氯乙烯(polyvinyl chloride)和高密度聚乙烯(High DensityPolyethylene，HDPE)，软塑料材料包括聚丙烯和低密度聚乙烯(Low DensityPolyethylene，LDPE)。
本发明实施例提供了一种使用增材制造装置，例如图2所示增材制造装置202，来部分制造电极616的方法。此处所述的增材制造装置是指通过一层一层地依次添加并固结材料来成型电极616的装置，例如选择性激光熔化装置(selective laser melting apparatus)、电子束熔化装置(electron beam meltingapparatus)、熔融沉积造型装置(fused deposition modeling apparatus)或立体光固化成型装置(stereolithography apparatus)等。上述制造电极616的方法包括：提供电极616的数字表示(digital representation)，例如计算机辅助设计(computer aided design,CAD)模型；基于所述数字表示创建一序列或一堆叠的多个层；基于所述数字表示对每一所述层施加关联的加工参数；以及通过在每一层上不断地往前一层添加并固结材料的方式来制造物理的电极616直至整个电极616成型。
其中，所述添加材料和固结材料的过程可同步执行或可先后执行或它们的组合。
在某些实施例中，增材制造方法可能包括：基于电极616的数字表示在一层或多层、或者一层或多层的部分区域添加和固结硬塑料材料；与此同时，基于电极616的数字表示在另外的一层或多层、或者另外的一层或多层的部分区域添加和固结软塑料材料。上述增材制造方法重复进行直至包括多个第一基体部620和多个第二基体部622的电极616的最终形状成型。
在一个实施例中，基于电极616的数字表示，例如计算机辅助设计模型，一层层地添加并固结材料以成型电极616的过程中，先将硬塑料材料的粉末添加至一层或多层、或者一层或多层的部分区域，并通过热源，例如激光，将添加的粉末固结在一起，可重复上述步骤直至第一基体部620的期望形状成型。然后，将软塑料材料的粉末添加至另外的一层或多层、或者另外的一层或多层的部分区域，并将添加的粉末和第一基体部620固结在一起，可重复上述步骤直至第二基体部622的期望形状成型。上述添加和固结硬塑料材料的步骤以及添加和固结软塑料材料的步骤可交替和/或重复进行直至包括多个第一基体部620和多个第二基体部622的电极616的最终形状成型。
在另一个实施例中，多个第一基体部620(硬塑料材料)由一种增材制造机器制造，多个第二基体部622(软塑料材料)由另一种增材制造机器制造，该方法重复进行直至足够数量的第一基体部620和第二基体部622被制造出来，通过传统的方法将足够数量的第一基体部620和第二基体部622组装在一起以形成电极616。
图10为图6所示电极616的示意图，该电极616在增材制造方式之后通过电镀方式形成。在图10中，电极616包括多个导电层630和多个导电条632。多个导电层630分别形成于多个第一基体部620上，多个导电条632分别形成于多个第二基体部622上。在一个实施例中，每个导电条632形成于对应第二基体部622的中部。
多个导电层630和多个导电条632被耦合在一起以提供电极616的导电性。
多个导电层630包括多个金属层，多个金属层通过电镀的方式分别形成于多个第一基体部620上。多个导电条632包括多个金属条，多个金属条通过电镀的方式分别形成于多个第二基体部622上。
电极616通过一系列的步骤被制造，该一系列的步骤包括第一步骤和第二步骤，在第一步骤中，通过增材制造方法形成包括多个第一基体部620和多个第二基体部622的非导电的芯轴610；在第二步骤中，通过电镀方法将多个导电层630分别形成于多个非导电的第一基体部620上以及通过电镀方法将多个导电条632分别形成于多个非导电的第二基体部622上。在电化学加工过程中，芯轴610上裸露的部分(未加涂层的部分)提供作为阳极的工件600和作为阴极的电极616之间的电绝缘。
本发明的上述实施例用于首先通过图3所示电化学加工装置300对工件100的内表面110进行电化学加工或者通过图7所示电化学加工装置700对工件600的内表面610进行电化学加工，其次将电极116从内部通道112中完全地去除或者将电极616从内部通道612中完全地去除，以形成例如图5所示的制品990。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明实施方式进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明实施方式可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明实施方式真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (19)

1.一种对工件进行加工的系统，该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该系统包括：
位于内部通道中并与工件电绝缘的电极；
电解液供应模块，用于使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
电源模块，用于施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
去除器，用于在该内表面光滑后将电极从内部通道中完全地去除。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该电极通过增材制造装置形成于内部通道中；
其中，该去除器包括腐蚀液供应模块，该腐蚀液供应模块用于在将电解液从内部通道中去除后使腐蚀液在内部通道中循环流动并且不与被光滑的内表面接触，以完全地溶解电极。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该去除器包括在被光滑的内表面上的抗腐蚀涂层，该抗腐蚀涂层用于保护被光滑的内表面不被腐蚀液溶解；
其中，在将腐蚀液从内部通道中去除后，该抗腐蚀涂层被从内部通道中去除。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：该抗腐蚀涂层由蜡或稀泥釉形成。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于：该抗腐蚀涂层通过加热或化学腐蚀的方式从内部通道中去除。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该电极包括实心电极、空心电极或它们的组合。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该电极具有弹性以确保电极能够被插入内部通道中；
其中，该去除器包括牵引件，该牵引件用于在将电解液从内部通道中去除后将电极从内部通道中推出或者拉出。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：该内部通道为螺旋形的或扭曲的内部通道或者在轴向方向上具有变化的截面尺寸。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该电极包括：
多个第一基体部；
分别形成于多个第一基体部上的多个导电层；
多个第二基体部；及
分别形成于多个第二基体部上的多个导电条；
其中，该多个第一基体部及多个第二基体部通过增材制造装置被形成在一起，多个导电层和多个导电条被耦合在一起以提供电极的导电性。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：多个第一基体部中的每一者和多个第二基体部中的每一者彼此相邻地组装。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于：多个第一基体部中的每一者由非导电材料制成，多个第二基体部中的每一者也由非导电材料制成；
其中，多个第一基体部和多个第二基体部的尺寸被构造以提供电极与工件之间的电绝缘。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于：多个第一基体部中的每一者由硬塑料材料制成，多个第二基体部中的每一者由软塑料材料制成。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于：多个导电层包括多个金属层，多个金属层通过电镀的方式分别形成于多个第一基体部上；
其中，多个导电条包括多个金属条，多个金属条通过电镀的方式分别形成于多个第二基体部上。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包括：
位于内部通道中并与工件电绝缘的多个电极；
其中，该电解液供应模块用于使电解液在每个电极与工件之间的间隙中循环流动，该电源模块用于施加电压于每个电极与工件之间以促进内表面的光滑，该去除器用于在该内表面光滑后将多个电极从内部通道中完全地去除。
15.一种对工件进行加工的方法，该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该方法包括：
提供电极并且使电极位于内部通道中并与工件电绝缘；
使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
在该内表面光滑后，将电极从内部通道中完全地去除。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述提供电极并且使电极位于内部通道中包括：
通过增材制造装置将电极形成于内部通道中；
其中，所述将电极从内部通道中完全地去除包括：
在将电解液从内部通道中去除后，使腐蚀液在内部通道中循环流动并且不与被光滑的内表面接触，以完全地溶解电极。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法包括：
在被光滑的内表面上形成抗腐蚀涂层以保护被光滑的内表面不被腐蚀液溶解；及
在将腐蚀液从内部通道中去除后，将抗腐蚀涂层从内部通道中去除。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述提供电极并使电极位于内部通道中包括：
提供具有弹性的电极以确保电极能够被插入内部通道中；
其中，所述将电极从内部通道中完全地去除包括：
在将电解液从内部通道中去除后，将电极从内部通道中推出或者拉出。
19.一种制品，其通过一种方法对工件进行加工后形成；该工件包括内表面，该内表面定义内部通道；该方法包括：
提供电极并且使电极位于内部通道中并与工件电绝缘；
使电解液在电极与工件之间的间隙中循环流动；
施加电压于电极与工件之间以促进内表面的光滑；以及
在该内表面光滑后，将电极从内部通道中完全地去除。
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