CN108161013A - 适用于金属3d打印后处理的复合功能腔体机构 - Google Patents
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Abstract
一种适用于金属3D打印后处理的复合功能腔体机构，它包括设置有环形夹壁腔体、且顶部设置有盖体、底部设置有滤板和漏斗的筒体，以及加热部分，气压输入部分，喷砂部分和无损夹持部分；所述加热部分包括安装在环形夹壁腔体内的加热器和安装在筒体内腔中的热电偶；所述气压输入部分包括安装在盖体上的设置有压力表导气管Ⅰ、以及设置有通气阀、过压释放器的导气管Ⅱ；所述喷砂部分包括安装在筒体盖体上的喷砂管道和安装在喷砂管道下端的喷头，且所述喷砂管道通过三通管与导气管Ⅰ相连通；所述无损夹持部分包括安装在筒体内腔中的旋转筛，用于驱动旋转筛运动的驱动轴竖直向下依次穿过通过滤板、漏斗与电机相连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属3D打印的多功能复合后处理机构，属于金属3D打印零部件的后处理技术领域。
背景技术
金属零件 3D 打印技术原理是将金属粉末或丝材，在激光或电子束等加热条件下，按设定的路径同步熔化、堆积，最终将复杂结构的三维模型逐层堆积制备出实体零件。由于金属3D打印成形过程中，高能束短暂而快速的加热，且金属粉末熔融后又快速的冷却，再加上层与层之间的润湿性较差，热传导不均匀，以及表面涨力引起的球化效应，使得金属3D打印制件出现相对密度低、孔隙率高、强度硬度达不到需求，是该技术生产与应用面临的严峻挑战。针对上述综合性能较差的问题，金属3D打印件的后处理技术应用而生。
在后处理技术和自动化设备的研制方面，国内科研和技术人员主要集中在支撑去除、表面处理以及热处理等方面做了相关的研究和应用，（1）表面处理：通常采用是砂纸打磨、珠光处理和蒸汽平滑这三种技术。第一砂纸打磨可以用手工打磨或者使用砂带磨光机这样的专业设备。砂纸打磨是一种廉价且行之有效的方法。第二个最常用的后处理工艺就是珠光处理。操作人员手持喷嘴朝着抛光对象高速喷射介质小珠从而达到抛光的效果。第三是蒸汽平滑处理方法。3D打印零部件被浸渍在蒸汽罐里，其底部有已经达到沸点的液体。（2）支撑去除：在打印一些悬空结构的时候，需要有支撑结构顶起，然后才可以打印悬空上面的部分，在支撑结构去除上对于非金属零件结构可以采用水溶性的3D打印材料，打印完成后泡入水中即可去除。对于金属零件结构的支撑需要采用切割机进行切割去除。（3）热处理能够改善金属3D打印件的内部组织结构，降低孔隙率，促使裂纹焊合，提供强度硬度。采用的设备是热处理炉，对不同性能的工件采取不同的加热工艺。
目前金属3D打印后处理技术存在以下不足之处：
1、金属3D打印产品存在表面粗糙、强度硬度低，难以满足航空航天、汽车、医疗等行业的特殊性能要求，需要增加相应的后处理技术。
2、3D打印后处理技术及设备大多集中在树脂、陶瓷、塑料等3D打印技术上，而在金属3D打印后处理工序上多数采用传统的手工打磨和热处理，没有自动化较高的金属3D打印后处理专用设备。
3、现有的后处理设备功能单一，零件的后处理需要繁多处理工序，才能达到表面性能和内部组织结构的优化，增加了3D打印技术的成本，阻碍其发展。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种关于金属3D打印的后处理复合功能腔体机构，本发明集“加热、加压、表面喷砂”等功能于一体，用来解决后处理工序复杂繁多、金属3D打印制件的孔隙率较高、强度硬度较低及表面粗糙等技术问题，复合腔体还设置有专用旋转筛的无损伤夹持机构，既能实现超薄零件的无损伤夹持，又能实现零件的多方位喷砂功能。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的适用于金属3D打印后处理的复合功能腔体机构包括设置有环形夹壁腔体、且顶部设置有盖体、底部设置有滤板和漏斗的筒体，以及加热部分，气压输入部分，喷砂部分和无损夹持部分；所述加热部分包括安装在环形夹壁腔体内的加热器和安装在筒体内腔中的热电偶；所述气压输入部分包括安装在盖体上的设置有压力表导气管Ⅰ、以及设置有通气阀、过压释放器的导气管Ⅱ；所述喷砂部分包括安装在筒体盖体上的喷砂管道和安装在喷砂管道下端的喷头，且所述喷砂管道通过三通管与导气管Ⅰ相连通；所述无损夹持部分包括安装在筒体内腔中的旋转筛，用于驱动旋转筛运动的驱动轴竖直向下依次穿过通过滤板、漏斗与电机相连接。
本发明中所述漏斗固定安装在三脚支架上，在漏斗底部设置有漏斗塞Ⅰ和漏斗塞Ⅱ。
本发明中所述漏斗下部设置有漏斗塞Ⅰ和漏斗塞Ⅱ的目的是便于使砂质流出并重复使用；所述环形夹壁腔体起保温作用，热电偶和加热器分别进行测温和加热，所述加热器可加热至900℃。
本发明中所述的气压输入部分可提供10MPa以内的气压。
本发明中所述的导气管Ⅰ为筒体内腔和与三通管连接的喷头提供高压气体，利用高压使喷头喷砂。
本发明中所述导气管Ⅱ将导气管Ⅰ输送到筒体内腔中的高压气体输送到压强转换装置，待转换为条件所需要的高压气体后，再将转换后的高压气体输送到筒体内腔中，并且为完成高压处理后进行的卸压过程提供通道。
所述旋转筛具有放置工件并进行旋转的功能，既不会影响工件在在高温下机械夹持对表面或内部的受力变形，又能使工件表面均匀受到石英砂的冲击。
为旋转筛提供动力的所述电机为直流电机。
本发明中所述加热部分和气压输入部分可分别提供高温和高压对工件的细小空隙进行处理，并在卸压后由喷砂功能部分进行喷砂完成表面处理。
本发明的有益效果如下：
1、在后处理设备方面，能够同时实现设备加热、加压和表面处理，从而减少后处理工序，实现后处理设备的自动化，降低成本。
2、在金属3D打印制件方面，实现3D打印制件内部组织的细化和孔洞的焊合，从而降低金属3D打印制件的孔隙率，提高制件的强度硬度，提升综合性能。
3、在金属3D打印技术方法，后处理设备复合腔体的设计将为3D打印技术工业领域推广应用提供理论支持。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图2的B-B剖视图。
图4为图1的A-A剖视图。
图中序号：1——通气阀、2——过压释放器、3——压力表、4——法兰盘Ⅰ、5——法兰盘Ⅱ、6——法兰盘Ⅲ、7——喷砂管道、8——漏斗塞Ⅰ、9——直流电机、10——漏斗塞Ⅱ、11——三脚支架、12——三通管、13——导气管Ⅰ、14——喷头、15——盖体、16——加热器、17——热电偶、18——旋转筛、19——滤板、20——漏斗、21——环形夹壁腔体、22——筒体内腔、23——导气管Ⅱ。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
如图1、2、3、4所示，本发明的适用于金属3D打印后处理的复合功能腔体机构包括设置有环形夹壁腔体21、且顶部设置有盖体15、底部设置有滤板19和漏斗20的筒体，以及加热部分，气压输入部分，喷砂部分和无损夹持部分；所述加热部分包括安装在环形夹壁腔21内的加热器16和安装在筒体内腔22中的热电偶17；所述气压输入部分包括安装在盖体15上的设置有压力表3、导气管Ⅰ13、以及设置有通气阀1、过压释放器2的导气管Ⅱ23；所述喷砂部分包括安装在筒体盖体15上的喷砂管道7和安装在喷砂管道7下端的喷头14，且所述喷砂管道7通过三通管12与导气管Ⅰ13相连通；所述无损夹持部分包括安装在筒体内腔22中的旋转筛18，用于驱动旋转筛18运动的驱动轴竖直向下依次穿过通过滤板19、漏斗20与电机9相连接。
本发明中所述漏斗20固定安装在三脚支架11上，在漏斗20底部设置有漏斗塞Ⅰ8和漏斗塞Ⅱ10。
本发明中所述漏斗20下部设置有漏斗塞Ⅰ8和漏斗塞Ⅱ10的目的是便于使砂质流出并重复使用；所述环形夹壁腔体21起保温作用，热电偶17和加热器16分别进行测温和加热，所述加热器16可加热至900℃。
本发明中所述的气压输入部分可提供10MPa以内的气压。
本发明中所述的导气管Ⅰ13为筒体内腔22和与三通管12连接的喷头14提供高压气体，利用高压使喷头14喷砂。
本发明中所述导气管Ⅱ23将导气管Ⅰ13输送到筒体内腔22中的高压气体输送到压强转换装置，待转换为条件所需要的高压气体后，再将转换后的高压气体输送到筒体内腔22中，并且为完成高压处理后进行的卸压过程提供通道。
所述旋转筛18具有放置工件并进行旋转的功能，既不会影响工件在在高温下机械夹持对表面或内部的受力变形，又能使工件表面均匀受到石英砂的冲击。
为旋转筛18提供动力的所述电机9为直流电机。
本发明中所述加热部分和气压输入部分可分别提供高温和高压对工件的细小空隙进行处理，并在卸压后由喷砂功能部分进行喷砂完成表面处理。
本发明的工作方法及原理如下：
步骤一、打开法兰盘Ⅰ4、法兰盘Ⅱ5和法兰盘Ⅲ6，再打开盖体15，将金属3D打印工件放置在旋转筛18中；关闭盖体15，再关闭法兰盘Ⅰ4、法兰盘Ⅱ5和法兰盘Ⅲ6；
步骤二、通过热电偶17测得环形夹壁腔体21和筒体内腔22之间的温度，通过加热器16加热达到温度要求；
步骤三、通过压力表3判断腔体内部压强；使高压惰性气体通过导气管Ⅰ13进入筒体内腔22；打开导气管Ⅱ23的通气阀1，使气体进入闭环控制系统；
步骤四、打开过压释放器2完成卸压过程；
步骤五、使砂体因高压进入喷砂管道7，通过喷头14将砂体喷到工件表面；
步骤六、待腔体冷却至室温后，打开漏斗塞Ⅰ8和漏斗塞Ⅱ10使砂体从漏斗20中流出；
步骤七、打开法兰盘Ⅰ4、法兰盘Ⅱ5和法兰盘Ⅲ6，再打开盖体15取出金属3D打印后处理工件，完成金属3D打印后处理过程。
Claims (2)
1.一种适用于金属3D打印后处理的复合功能腔体机构，其特征在于：它包括设置有环形夹壁腔体（21）、且顶部设置有盖体（15）、底部设置有滤板（19）和漏斗（20）的筒体，以及加热部分，气压输入部分，喷砂部分和无损夹持部分；所述加热部分包括安装在环形夹壁腔体（21）内的加热器（16）和安装在筒体内腔（22）中的热电偶（17）；所述气压输入部分包括安装在盖体（15）上的设置有压力表（3）、导气管Ⅰ（13）以及设置有通气阀（1）、过压释放器（2）的导气管Ⅱ（23）；所述喷砂部分包括安装在筒体盖体（15）上的喷砂管道（7）和安装在喷砂管道（7）下端的喷头（14），且所述喷砂管道（7）通过三通管（12）与导气管Ⅰ（13）相连通；所述无损夹持部分包括安装在筒体内腔（22）中的旋转筛（18），用于驱动旋转筛（18）运动的驱动轴竖直向下依次穿过通过滤板（19）、漏斗（20）与电机（9）相连接。
2.根据权利要求1所述的适用于金属3D打印后处理的复合功能腔体机构，其特征在于：所述漏斗（20）固定安装在三脚支架（11）上，在漏斗（20）底部设置有漏斗塞Ⅰ（8）和漏斗塞Ⅱ（10）。
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