CN111936671A - 用于选择性地电化学加工工件的装置和用于以这种装置制造工件的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一种用于选择性地电化学加工工件的装置。所述装置具有加工头(11)，所述加工头装备有电解质传送器(16)。所述电解质传送器(16)具有用于工件(14)的表面(13)的加工表面(15)。按照本发明规定，所述电解质传送器是柱状的并且这样能移动地在供应通道(22)中导引，使得所述电解质传送器能够在出口(24)中轴向地移动。所述构造因此与毡尖笔的构造类似。由此能够实现非常小的加工面(15)，以便实现对表面(13)的局部的加工。按照本发明的装置也可以有利地在用于增材制造构件的设备中使用。

Description

用于选择性地电化学加工工件的装置和用于以这种装置制造 工件的设备
本发明涉及一种用于选择性地电化学加工工件的装置，所述装置具有加工头，所述加工头装备有电解质传送器和用于电解质的供应通道。本发明还涉及一种用于增材制造工件的设备，所述设备具有用于所述工件的容纳部。
用于选择性地电化学加工的装置例如由专利文献DE 10 2015 201 080A1已知。电化学加工据此可以包括从金属构件的表面去除材料。这例如对于下述情况是必要的，即如果部件是通过增材制造产生，而所述部件的表面质量对于预期的应用来说是不足的。用于选择性地电化学加工的装置则可以用于至少在对于使用而言关键的位置上对构件进行电化学的再加工。通过强制地导引加工头可以借助电解质传送器、例如海绵或者刷子来产生确定的几何形状，所述电解质传送器与所述几何形状适配。
本发明所要解决的技术方案在于，提供一种用于选择性地电化学加工的装置，通过所述装置实现了相对通用地并且精确地加工工件、尤其是借助增材制造法制造的工件。
所述技术问题通过开篇所述的装置按照本发明如下解决，即电解质传送器布置在供应通道的内部中并且被向外导引通过供应通道的出口以构成用于工件的加工面。所述出口由此按照本发明同时用于计量电解质、但也用于供电解质传送器穿过，所述电解质传送器本身布置在供应通道的内部中并且仅以较小的部分从出口突伸出来。所述部分此外构成用于工件的加工面，即构成了与所述工件接触并且因此使得能够借助由电解质传送器传递的电解质对所述工件进行电化学加工的面。对工件的加工既可以是指电化学地覆层也可以是指电化学地去层。这取决于多个因素。一方面可以通过选择适宜的电解质实现覆层或者去层。这在选择正确的电解质时也能够以电化学的方式无电流地实现。另一种可行性在于，在电解质传送器以及工件上施加电压。根据所述电压的极性可以对工件进行覆层或者去层(对此更多内容参见下文)。
按照本发明，电解质传送器是柱状的并且这样能移动地布置在供应通道中，使得所述电解质传送器能够在出口中轴向地移动。由此有利地实现了，在发生磨损时，电解质传送器可在供应通道中移动，以便通过出口被重新调节。以此方式补偿了电解质传送器的磨损。由此实现了电解质传送器的更长的使用寿命或者装置的加工头的更长时间的无维护的运行。这也对方法的经济性产生有利的作用。
供应通道中的电解质传送器可以有利地与毡尖笔(Filzstift)类似地构造。这意味着，电解质传送器的加工面可以保持得非常小，即相对而言与毡尖笔的尖端对应地构造。由此实现了在局部非常局限地以电化学加工作用于工件。这尤其适用于增材制造方法的选择性，所述增材制造方法例如是激光熔化或者电子束熔化。通过电解质传送器能够有针对性地作用于工件的各个单独地制造的区域，其中，通过适宜地控制实现了将电解质传送器准确地导引至构件的待加工的表面。
按照本发明的另一种设计方案规定，电解质传送器是卷起来的无纺布(Flieβ)、尤其是卷起来的纤维强化的无纺布(或称为非织造织物)。所述无纺布构成了对于导引电解质所必要的毛细管。所述无纺布在此是能成本低廉地获得的半成品，所述半成品能够通过卷成毡尖笔芯的样式、即电解质传送器进行制造。同时有利地能够在卷起来的无纺布中安设电极，所述电极用于为电化学地覆层传递电极电流。无纺布例如可以绕卷在棒状的电极上，所述电极则布置在柱状地构造的电解质传送器的中心的中轴线上。另一种可行性在于，将多条金属线作为电极共同地绕卷至电解质传送器中。这改善了电解质传送器内的电流分布，其中，以相对较小的用于电极的材料耗费提供了较大的用于传递电流的表面。
在此有利的是，供应通道柱状地设计并且电解质传送器同轴在供应通道中延伸。一方面能够由此将电解质均匀地供应给电解质传送器，因为所述电解质传送器能够完全地被电解质环流。此外，这种装置有利地具有相对简单的构造并且因此能够简单地制造。最后，能够有利地以简单的方式实现使电解质传送器在磨损的情况下轴向地移动通过出口。
本发明的另一种设计方案规定，在电解质传送器中设置有由比所述电解质传送器更硬的材料制成的颗粒。这些颗粒例如可以由硬质材料构成。对此适宜的常见材料例如是刚玉、金刚石等。当电解质传送器在待加工的面上摩擦时，所述颗粒减小了电解质传送器的磨损。这尤其是在剥蚀性加工中也辅助了剥蚀过程，因为能够通过颗粒有针对性地机械地破坏表面。颗粒还有利地比待加工的材料更硬，由此实现了通过附加的材料剥蚀对表面进行再加工。
按照本发明的另一种设计方案规定，加工头包括管、尤其是由玻璃制成的管，供应通道在所述管中延伸。由管进行制造有利地产生了加工头的简单的几何形状，从而使所述加工头能够成本低廉地制造。如果所述加工头尤其是由玻璃制造的，则这附加地具有的优点在于，玻璃对于大多数所使用的电解质是惰性的并且因此不参与反应。此外，透明的玻璃附加地实现了目视地控制加工过程，其中，例如能够随时检查供应通道中的待分离的颗粒中出现的结块以及电解质传送器的状态。
本发明的另一种设计方案规定，出口由管的逐渐缩窄的管端部构成。这例如能够在玻璃中非常简单地制造。出口在横截面中有利地与电解质传送器适配，由此使得能够在该位置上保持较低的泄漏并且使输送的电解质仅输送通过存在于电解质传送器中的毛细管。
也有利的是，供应通道具有至少两个用于不同覆层材料的馈送位置。除了优选主要由离散在电解质中的离子构成的覆层材料外，尤其还可以有利地使用能够嵌入所形成的层中的颗粒。所述颗粒通过电解质传送器共同运送，其中，所述颗粒必须具有以下尺寸，使得所述颗粒能够通过由电解质传送器构成的孔/毛细管。尤其也可以选择纳米颗粒，通过所述纳米颗粒能够有利地产生具有特殊的特性的层。
此外可以有利地规定，在出口处布置抽吸通道的抽吸开口。抽吸通道由此通过抽吸开口有利地实现了，在进行了覆层过程之后能够将从电解质传送器流出的电解质重新从加工过的表面移除。接着可以将所述电解质供应给回收利用装置，并且此外不会在未规定进行再处理的位置上降低构造时间质量
Figure BDA0002717456360000031
此外有利地也可行的是，抽吸开口环形地围绕排出口构造。这与电解质从电解质传送器中流出之后沿着哪个方向流动无关地实现了对所述电解质的抽吸。这可以在构件中例如通过如下方式改变：在进行再加工期间，表面以不同的斜率布置在空间中。
按照本发明的一种特殊的设计方案还可以规定，在出口处布置有冲洗通道的冲洗开口。通过所述冲洗通道可以将冲洗液施加在表面上，以便例如在加工之后去除残余电解质。由此尤其能够使运行中的不再期望的电化学加工过程中断。
此外可以如下辅助加工过程，即加工头按照本发明的另一种设计方案装备有振动致动器、尤其是压电执行器。由此使加工头处于振动中，所述振动传递至待加工的表面上。这在待加工的构件和加工头之间产生了持续的相对运动，由此辅助加工过程。尤其能够辅助去层，在进行所述去层时使用附加地包含硬颗粒的电解质传送器。所述硬颗粒的作用则如同研磨剂，所述研磨剂通过振动以相对运动在构件的表面上摩擦并且由此产生机械的材料剥蚀。在覆层时，振动可以在覆层过程开始时还用于借助颗粒将污染或者钝化层从待覆层的构件上移除。冲洗液在此也是有利的，通过所述冲洗液能够接着实现对待加工的表面的清洁。
加工头可以有利地与导引装置机械连接。该导引装置例如可以是机械臂。另一种可行性是借助导轨和适宜的驱动装置的X-Y导引，其中，加工头则能够在X-Y平面中移动。这尤其是在增材制造构件时可能是有利的，因为构件的制造的层同样水平地定向。由此也可行的是，例如在制造构件的两个层之间的步骤中进行对刚刚制造的层的电化学的加工。
此外，上述技术问题通过用于增材制造工件的设备解决，其中，在所述设备中设置有用于工件的容纳部。所述工件在此是待加工的构件。在设备中，按照本发明地布置有以上述方式的装置并且该装置能够如前述那样集成至用于制造工件的方法中。由此在在增材制造设备中进行制造期间就已经能够对所制造的构件的质量进行改善。
所述设备有利地设计用于执行基于粉末床的增材制造方法。在此可以涉及电子束熔化、激光熔化或者激光烧结。这些在此在粉末床中制造的构件则可以被再加工。此外，立即对电解质进行抽吸有利地使电解质不会流到粉末床中。
以下根据附图描述本发明的其它细节。相同的或相对应的附图元件分别设置相同的附图标记，并且仅就各个附图之间存在的差异多次阐述。
以下阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在这些实施例中，描述的实施方式的组成部分分别是本发明的各个单独的、能彼此独立地看待的特征，这些特征也分别彼此独立地形成本发明的扩展设计并且因此也能够单独或以与所示组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的已描述的其它特征补充。
在附图中：
图1在剖视图中示出了按照本发明的装置的实施例，
图2示出了无纺布，通过所述无纺布能够制造用于按照本发明的装置的实施例的电解质传送器，并且
图3示出了按照本发明的设备的实施例的用于增材制造构件的处理室的局部区域。
按照图1的用于选择性地电化学加工的装置具有加工头11，所述加工头固定在导引装置12上。所述导引装置可以是机械臂的部件，其中，所述机械臂能够通过未示出的控制装置进行编程。加工头11能够通过导引装置12下沉到工件14的表面13上，其中，通过电解质传送器16的加工面15实现对表面13的加工。
电解质传送器16是加工头11的部件。电解质传送器16柱状地构造。在图1中示出了电解质传送器的圆柱状的形状，然而也可以考虑其它任意的柱状的形状。在此，“柱状”一词应当在其释义的最大范围中进行理解。这意味着该术语也包括其它的形状、例如棱柱。
按照图1的电解质传送器由具有孔17的材料构成，所述孔是开放的孔系统并且由此构成用于导引电解质的毛细的通道系统。具有开放的孔的材料例如可以是海绵。在海绵的内部构造有棒状的第一电极18。第二电极由工件14本身构成。两个电极的接触可以由示意性地示出的电导线19实现，其中，所述电导线连接在能控制的电压源20上。
电压源20通过调节可针对表面13覆层和去层进行预设的电化学加工参数来控制加工的电化学过程。因此在图1中示出了两种情况A和B。情况A用于从工件14上剥蚀材料，其中，所述工件作为阳极加载正电，电解质传送器16中的电极18被加载负电并且用作阴极。情况B用于进行材料的涂覆，所述材料电离地存在于电解质中，其中，电极18加载正电并且工件14加载负电。
加工头如下构造。所述加工头具有管21，所述管柱状地构造并且在内部构成供应通道22。所述供应通道是柱状的，其中，电解质传送器16与供应通道22同轴地布置。管21在工件14的一侧上具有同中心地逐渐缩窄的管端部23，所述管端部构成用于电解质传送器16的出口24。当电解质传送器16被机械地磨损时，所述电解质传送器16能够通过所述出口24轴向地移动出来。为此构造有具有运送轮26的补充导引装置25(驱动装置未示出)。
在管端部23上还构造有套环27，所述套环以密封唇28放置在工件14的表面13上。由此构成环形的抽吸开口29，所述抽吸开口环形地围绕管端部23。以此方式能够将位于表面13上的电解质吸走，其中，这通过抽吸通道30实现。附加地，冲洗剂可以经由具有冲洗开口33的冲洗通道31填充至套环的环形空间中并且经由抽吸通道30重新吸走。由此也在需要时实现了对表面13的清洁。此外，在管21上为电解质设置有两个馈送位置32，经由所述馈送位置32可将电解质以及例如分散在液体、尤其是所述电解质本身中的颗粒馈送入供应通道22中。所述颗粒则能够在进行覆层的情况下通过加工装置沉积在层中。
图2示出了，电解质传送器16也可以由无纺布34制造。所述无纺布被收卷成卷35，当所述卷35达到所需的直径时通过分离装置36定长切割。无纺布例如可以由玻璃纤维垫构成。
为了降低加工面15的磨损，可以在无纺布中置入硬质材料颗粒37。所述硬质材料颗粒尤其在剥蚀式加工工件时还通过磨削式应力辅助材料剥蚀。为此也可以使加工头11处于振动中，这例如可以通过在图1中所示的压电执行器38实现。此外可以将多条金属线39共同卷入无纺布中，而不是像图1所示的那样使用中心的电极。所述金属线可以如图2所示的那样在定长切割所述卷之后(例如通过扭绞)结合成一个导体40。
在图3中示出了例如用于选择性激光熔化的增材制造设备的处理室的底部41。容纳部42由用于构件14的构造平台构成，所述构件在粉末床43通过以激光射束44固化粉末制造。容纳部42在此逐层地下沉，其中，计量装置45(刮板)将材料从粉末存储装置46中分布在粉末床43上。
计量装置45和加工头11可以沿着所示的箭头的方向(X方向47、Y方向48，后者立体地示出)移动。由此能够一方面为粉末床供给新的粉末，另一方面能够在任意时间通过加工头在粉末床的每个任意位置上、即也在构件的当前所示的层上进行加工。由此例如可以通过剥蚀多余的材料来修正表面特性方面的质量问题。这例如可有助于消除所谓材料过高的制造效应，所述制造效应在如下情形中发生：由于向已经制造的部件中的散热减少而使熔池在激光熔化或电子束熔化期间变得过大。

Claims (14)

1.一种用于选择性地电化学加工工件的装置，所述装置具有加工头(11)，所述加工头装备有电解质传送器(16)和用于电解质的供应通道(22)，
其特征在于，
所述电解质传送器(16)布置在供应通道(22)的内部中并且被向外导引通过所述供应通道的出口(24)以构成用于工件的加工表面(15)；并且
所述电解质传送器(16)是柱状的并且这样能移动地布置在供应通道(22)中，使得所述电解质传送器能够在出口(24)中轴向地移动。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述电解质传送器(16)包括卷起来的无纺布(34)、尤其是卷起来的纤维强化的无纺布。
3.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
供应通道(22)柱状地设计并且所述电解质传送器(16)同轴地在所述供应通道中延伸。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
在所述电解质传送器(16)中设置有由比所述电解质传送器(16)更硬的材料制成的颗粒(37)。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述加工头(11)包括管(18)、尤其是由玻璃制成的管(18)，所述供应通道(22)在所述管中延伸。
6.根据权利要求5所述的装置，
其特征在于，
所述出口(24)由管(18)的逐渐缩窄的管端部(23)构成。
7.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述供应通道具有至少两个用于不同的覆层材料的馈送位置(32)，所述覆层材料其中之一尤其可以包括颗粒。
8.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
在出口(24)处布置有抽吸通道(30)的抽吸开口(29)。
9.根据权利要求8所述的装置，
其特征在于，
所述抽吸开口(29)环形地围绕出口延伸。
10.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
在出口(24)处布置有冲洗通道(31)的冲洗开口(33)。
11.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述加工头(11)装备有振动致动器、尤其是压电执行器(38)。
12.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于，
所述加工头(11)与导引装置(12)机械地连接。
13.一种用于增材制造工件(14)的设备，所述设备具有用于所述工件(14)的容纳部(42)，
其特征在于，
在所述设备中布置有根据前述权利要求之一所述的装置。
14.根据权利要求13所述的设备，
其特征在于，
所述设备设计用于执行基于粉末床的增材制造方法。
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