CN110883699A - 一种3d打印件表面超声波雾化抛光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，克服传统抛光方法的局限性，设计利用超声波雾化的酸雾和丙酮水雾轻微腐蚀3D打印件表面的氧化物和粗糙表面，达到对3D打印件的抛光，并且可以根据实际情况，选择均匀抛光或定向抛光；同时，抛光过程是自动进行的，抛光过程中可实现无人值守持续作业，装置密闭，无粉尘无挥发产生，对人和环境无害，雾化抛光介质在扩散作用下可与被抛光件的所有非封闭表面接触，特别适合外形曲面造型不规则、内外结构复杂、存在薄细几何结构的3D打印件。

Description

一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置。
背景技术
3D打印技术作为智能制造技术的一种，因无需模具、材料利用率高且几乎不受结构的限制，能够完成复杂构件的一次成型，具有传统制造成型不具有的优势。3D打印因为逐层累积的技术特点和原材料状态的特点，3D打印件表面达不到机械加工或模具成型的表面质量，对于表面质量要求高的场合难以直接应用，而且3D打印件往往结构复杂、曲面不规则，难以通过机械抛光等传统手段改善表面质量。
目前应用于3D打印构件的抛光方式主要有：手工抛光、机械抛光、电解抛光和磨粒流抛光等。手工抛光难以保证抛光后零件尺寸精度，且效率低下，对人的技术水平要求很高，难以保证抛光效果的稳定性和一致性。机械抛光比如精车精磨精铣等，一般需要工装装夹零件，根据零件编制加工程序，这种抛光方式难以抛光不规则的复杂曲面以及刀具难以接触到零件内部结构的表面，并且刀具与零件、工装与零件间有作用力，难以抛光薄细结构的零件。电解抛光要根据不同的被抛光材料使用不同成分不同配比的电解液，并配合合适的电压、电流等工艺参数，工艺过程相对复杂，不能抛光非金属零件，且电解液对环境有影响。磨粒流抛光使用具有流动性的抛光介质在一定压力作用下与被抛光零件表面接触相互作用而达到抛光的目的，这种抛光方式适合加工零件内部简单通道，对于复杂内部结构，往往因为磨料从进料口到出料口的不同位置处的压力不一致，导致抛光程度不均匀，而且对于零件外部表面的抛光，必须针对零件结构特点制作专用工装，而且磨粒流设备的价格较贵，针对不同尺寸零件的通用性不强。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于发明一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，克服传统抛光方法的局限性，设计利用超声波雾化的酸雾和丙酮水雾轻微腐蚀3D打印件表面的氧化物和粗糙表面，达到对3D打印件的抛光，并且可以根据实际情况，选择均匀抛光或定向抛光；同时，抛光过程是自动进行的，抛光过程中可实现无人值守持续作业，装置密闭，无粉尘无挥发产生，对人和环境无害，雾化抛光介质在扩散作用下可与被抛光件的所有非封闭表面接触，特别适合外形曲面造型不规则、内外结构复杂、存在薄细几何结构的3D打印件。
本发明采用的技术方案如下：
一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，包括抛光舱室和容器室，所述抛光舱室左右侧壁上分别设置有左通孔和右通孔，所述左通孔的左端和右通孔的右端通过第一管道连通，位于所述左通孔左侧部分的第一管道内设置有第一空气对流风扇，位于所述右通孔右侧部分的第一管道内设置有第二空气对流风扇，所述抛光舱室内部设置有待抛光件放置平台，所述容器室内部设置有液体抛光介质，所述液体抛光介质内部设置有超声波雾化器，所述容器室上端设置有抛光介质出口，所述抛光介质出口通过第二管道与位于所述第一空气对流风扇和左通孔中间部分的第一管道连通。
在其中一个实施例中，所述左通孔右端连接有风扇形状的管道，独特的风车形状的管道设计，使得抛光介质雾化后在空气对流风扇的推动下通过风车形状的管道进入抛光舱室，能够保证雾化抛光介质在抛光舱室内均匀分布。
在其中一个实施例中，所述第二管道中间部分通过第三管道与位于所述右通孔和第二对流风扇中间部分的第一管道连通，所述第二管道与所述第一管道的连接口至所述第一对流风扇中间部分的第一管道上设置有第一空气对流开关，所述第三管道与所述第一管道的连接口至所述第二对流风扇中间部分的第一管道上设置有第二空气对流开关，所述第二管道与所述第一管道的连接口至所述第二管道与所述第三管道的连接口中间部分的第二管道上设置有第三空气对流开关，所述第三管道的左端设置有第四空气对流开关。
抛光分为无差别整体抛光和定向差异性抛光：当雾化抛光介质在循环中由风扇形状的管道进入到抛光舱内时，雾化抛光介质均匀进入到抛光舱内，作用在待抛光件平台上的3D打印件，达到对3D打印件整体的无差异均匀抛光，雾化抛光介质在空气对流作用下通过右通孔再次进入到左通孔进行再次循环抛光作用；当雾化抛光介质由右通孔进入，作用3D打印件再经过风扇形状的管道进入到左通孔，雾化抛光介质最先与靠近右通孔的3D打印件表面接触，由此实现对该表面的选择性抛光。
在其中一个实施例中，所述待抛光件放置平台包括圆形的底盘、拉绳和吊杆，数根所述拉绳的一端间隔均匀的与所述底盘的边沿连接，另一端与所述拉杆的下端连接，所述拉杆的上端贯穿所述抛光舱室的顶部与用于驱动所述拉杆转动的第一电机的转轴连接；第一电机通过拉杆和拉绳驱动底盘上的待抛光件旋转，配合来自左通孔的抛光雾气12，达到对3D打印件整体的无差异均匀抛光。
在其中一个实施例中，所述拉杆贯穿所述抛光舱室顶部处设置有深沟球轴承，所述拉杆嵌装在所述深沟球轴承的内圈内部，采用密封性能较好的深沟球轴承再配合轴承密封圈，避免抛光舱内的抛光介质从拉杆与抛光舱连接处泄露到抛光舱外部而污染空气。
在其中一个实施例中，所述底盘上设置有用于固定待抛光件的固定夹，通过固定夹直接将待抛光件夹紧后进行抛光，方便待抛光件的固定和拆卸，提高了整个装置的抛光效率。
在其中一个实施例中，所述拉杆顶部和侧壁上分别设置有连接孔和第一定位通孔，所述第一电机的转轴侧壁上设置有第二定位通孔，所述第一电机的转轴穿插在所述连接孔内，并通过定位销依次穿过所述拉杆侧壁上和第一电机转轴上的第一定位通孔和第二定位通孔实现所述拉杆与第一电机转轴之间的连接和定位，方便拉杆和第一电机的转轴之间的拆卸和安装。
在其中一个实施例中，抛光介质根据不同种类的待抛光件选择不同的抛光介质，抛光316L不锈钢等金属3D打印件时，抛光介质为HNO3，根据结构的不同，浓度选择为100～200g/L,雾化的抛光介质因为少量酸存在，与3D打印件作用时可以腐蚀金属件表面的氧化物，使其变亮更加美观；抛光非金属3D打印件如ABS等塑料件时抛光介质为丙酮溶液，与水的配比为1～1.5，雾化丙酮在空气对流作用下均匀的将塑料件的表面进行腐蚀溶解，使得粗糙的表面变得光滑，提高美观度；根据材料和结构的不同选用不同的抛光介质和浓度，精细的结构选用低浓度，防止抛光介质对精细结构的过度腐蚀，影响3D打印件的整体性和功能性。
在其中一个实施例中，所述第一管道、第二管道、第三管道和待抛光件放置平台采用耐腐蚀的聚四氟乙烯材料制造，为了避免被抛光介质腐蚀。
在其中一个实施例中，所述超声波雾化器的振荡频率范围为1.5MHz～2.5MHz，根据抛光表面要求、抛光效率以及抛光介质选择不同的振荡频率；控制待抛光件平台转动的第一电机的功率不必太大，第一电机的转速为10～20转/分钟，并且第一电机可以选择固定不动模式、360°旋转模式和在设定角度内往复转动模式这三种工作模式。
所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其控制系统的设计，在单位时间内出雾量一定的情况下，针对不同面积大小的3D打印件需要不同的抛光时间，还可以通过控制单位时间内出雾量的大小提高工作效率，根据结构件的特点和3D打印件的大小能够调节合适的雾化功率；对于内部结构复杂的3D打印件，调节控制系统的输出功率，使雾化的抛光介质能够均匀地覆盖到结构件的各个部分，溶解腐蚀3D打印件的表面，提高表面的光洁度，达到良好的抛光效果。
本发明的工作原理：本发明在工作时，抛光介质(对于金属采用硝酸溶液，对于非金属塑料件采用丙酮溶液)在超声波雾化器的高频谐振作用下雾化，雾化的抛光介质在空气对流的作用下通过风车形状的管道进入到抛光舱内，雾化的抛光介质在空气对流和扩散作用下和待抛光件接触，根据材料和所需抛光时间调整空气对流程度，雾化抛光介质轻微腐蚀溶解3D打印件表面，配合待抛光件平台的均匀转动实现对3D打印件表面的均匀抛光；调整空气对流开关和空气对流风扇的转动方向，改变雾化抛光介质的流动方向，雾化抛光介质通过抛光舱上的右通孔定向进入到舱内，对3D打印件进行差异性定向抛光。
与现有技术相比，本发明提供的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，利用超声波雾化的酸雾和丙酮水雾对3D打印件进行抛光，实质是一种腐蚀溶解作用，能够对复杂的结构件尤其是异形曲面的均匀抛光，能够保证很好的3D打印件的完整性，成本低，且能够抛光较脆的结构件；独特的风车形状的管道设计配合空气对流作用，能够保证雾化介质和旋转3D打印件的均匀抛光，具有很高的实用价值；同时，通过设计配合第三管道和空气对流开关实现抛光介质反向流动，实现对待抛光件的定向抛光。
附图说明
图1为本发明无差别整体抛光工况时的结构示意图；
图2为本发明定向差异性抛光工况时的结构示意图；
图3为本发明中的待加工件平台的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1-图3所示，为了便于描述，本发明中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”方位基准以附图1所示的方位为准；
参照图1和图2，一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，包括抛光舱室18和容器室19，抛光舱室18左右侧壁上分别设置有左通孔20和右通孔21，左通孔20的左端和右通孔21的右端通过第一管道15连通，位于左通孔20左侧部分的第一管道15内设置有第一空气对流风扇2，位于右通孔21右侧部分的第一管道15内设置有第二空气对流风扇9，抛光舱室18内部设置有待抛光件放置平台6，容器室19内部设置有液体抛光介质11，液体抛光介质11内部设置有超声波雾化器，容器室19上端设置有抛光介质出口，抛光介质出口通过第二管道16与位于第一空气对流风扇2和左通孔20中间部分的第一管道15连通。
优选的，左通孔20右端连接有风扇形状的管道4。
具体的，第二管道16中间部分通过第三管道17与位于右通孔21和第二对流风扇9中间部分的第一管道15连通，第二管道16与第一管道15的连接口至第一对流风扇2中间部分的第一管道15上设置有第一空气对流开关3，第三管道17与第一管道15的连接口至第二对流风扇9中间部分的第一管道15上设置有第二空气对流开关8，第二管道16与第一管道15的连接口至第二管道16与第三管道17的连接口中间部分的第二管道16上设置有第三空气对流开关13，第三管道17的左端设置有第四空气对流开关14。
优选的，如图3所示，待抛光件放置平台6包括圆形的底盘61、拉绳62和吊杆63，三根拉绳62的一端间隔均匀的与底盘61的边沿连接，另一端与拉杆63的下端连接，拉杆63的上端贯穿抛光舱室18的顶部与用于驱动拉杆63转动的第一电机5的转轴连接。
优选的，拉杆63贯穿抛光舱室18顶部处设置有深沟球轴承，拉杆63嵌装在抛光舱室18顶部上的深沟球轴承的内圈内部。
具体的，拉杆63顶部和侧壁上分别设置有连接孔631和第一定位通孔632，第一电机5的转轴侧壁上设置有第二定位通孔51，第一电机5的转轴穿插在连接孔631内，并通过定位销633依次穿过拉杆63侧壁上和第一电机5转轴上的第一定位通孔631和第二定位通孔51实现拉杆63与第一电机5转轴之间的连接和定位。
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明，如图1所示，一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，装置能够实现抛光件的无差别抛光和抛光件的定向抛光两种功能。
参照图1，本发明实现3D打印件的无差别抛光时：打开第三空气对流开关13、第一空气对流开关3、第二空气对流开关8、关闭第四空气对流开关14，打开第一旋转电机1并调整为正向推动模式，打开第一电机5驱动上方放置有待抛光工件7的待抛光工件平台6转动，打开第二旋转电机10并调整为反向推动模式；工作时，容器室19内的液体抛光介质11在超声波作用下雾化为抛光雾气12，第一空气对流风扇2在第一转动电机1的作用下对空气产生向前推动的作用力，抛光雾气12在推动力作用下通过第一空气对流开关3，沿着第一管道15进入到风扇形状的管道4，通过扩散作用进入到抛光舱18内，待抛光工件平台6在第一电机5的作用下缓慢旋转，由此实现待抛光工件7的缓慢旋转，抛光雾气12通过风扇形状的管道4无差别扩散到抛光舱18内的四周，空气对流作用到转动的待抛光工件7表面，实现对待抛光工件7的无差别抛光，与此同时第二空气对流风扇9在第二旋转电机10的作用下对第一管道15中的抛光雾气12产生吸引力，抛光雾气12通过第一管道15循环通过第一空气对流开关3和风扇形状的管道4进入到抛光舱18内实现循环抛光。
参照图2，本发明实现抛光件的定向抛光：打开第四空气对流开关14、第二空气对流开关8、第一空气对流开关3、关闭第三空气对流开关13，打开第二旋转电机10并调整为正向推动模式，打开第一旋转电机1并调整为反向推动模式；工作时，容器室19内的液体抛光介质11在超声波作用下雾化为抛光雾气12，第二空气对流风扇9在第二旋转电机10的作用下对空气产生如图2从右向左的推动力，抛光雾气12在该推动力的作用下沿着第一管道15进入到抛光舱18内，抛光雾气12率先作用在正对待抛光工件平台6上的待抛光件7的待抛光面，再扩散到抛光舱18内其他区域，由此实现对待抛光件7的定向抛光，抛光雾气12在空气对流作用下通过风扇形状的管道4，与此同时第一空气对流风扇2在第一旋转电机1的作用下对第一管道15中的抛光雾气12产生吸引力，抛光雾气12通过第一管道15、第二管道16和第三管道17在空气对流作用下，实现循抛光雾气12的循环作用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，包括抛光舱室和容器室，其特征在于，所述抛光舱室左右侧壁上分别设置有左通孔和右通孔，所述左通孔的左端和右通孔的右端通过第一管道连通，位于所述左通孔左侧部分的第一管道内设置有第一空气对流风扇，位于所述右通孔右侧部分的第一管道内设置有第二空气对流风扇，所述抛光舱室内部设置有待抛光件放置平台，所述容器室内部设置有液体抛光介质，所述液体抛光介质内部设置有超声波雾化器，所述容器室上端设置有抛光介质出口，所述抛光介质出口通过第二管道与位于所述第一空气对流风扇和左通孔中间部分的第一管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述左通孔右端连接有风扇形状的管道。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述第二管道中间部分通过第三管道与位于所述右通孔和第二对流风扇中间部分的第一管道连通，所述第二管道与所述第一管道的连接口至所述第一对流风扇中间部分的第一管道上设置有第一空气对流开关，所述第三管道与所述第一管道的连接口至所述第二对流风扇中间部分的第一管道上设置有第二空气对流开关，所述第二管道与所述第一管道的连接口至所述第二管道与所述第三管道的连接口中间部分的第二管道上设置有第三空气对流开关，所述第三管道的左端设置有第四空气对流开关。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述待抛光件放置平台包括圆形的底盘、拉绳和吊杆，数根所述拉绳的一端间隔均匀的与所述底盘的边沿连接，另一端与所述拉杆的下端连接，所述拉杆的上端贯穿所述抛光舱室的顶部与用于驱动所述拉杆转动的第一电机的转轴连接。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述拉杆贯穿所述抛光舱室顶部处设置有深沟球轴承，所述拉杆嵌装在所述深沟球轴承的内圈内部。
6.根据权利要求4所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述底盘上设置有用于固定待抛光件的固定夹。
7.根据权利要求4所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述拉杆顶部和侧壁上分别设置有连接孔和第一定位通孔，所述第一电机的转轴侧壁上设置有第二定位通孔，所述第一电机的转轴穿插在所述连接孔内，并通过定位销依次穿过所述拉杆侧壁上和第一电机转轴上的第一定位通孔和第二定位通孔实现所述拉杆与第一电机转轴之间的连接和定位。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述液体抛光介质的选择，对于金属3D打印件，抛光介质为HNO3，浓度为100～200g/L，对于非金属3D打印件，抛光介质为丙酮溶液，与水的配比为1～1.5。
9.根据权利要求3所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道和待抛光件放置平台采用聚四氟乙烯材料制造。
10.根据权利要求4所述的一种3D打印件表面超声波雾化抛光装置，其特征在于，所述超声波雾化器的振荡频率为1.5MHz～2.5MHz，所述第一电机的转速为10～20转/分钟。
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