CN112695365B - 基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法，属于增材制造技术领域。其中，修复装置包括机体框架、底面固定端、竖直立柱、中央控制器、溶液配置箱和组合打印装置。本发明通过对传统增材制造机结构及工作特性进行改进，以将所需修补的零件本身设置为工作台，采用将电化学微增材电镀的方式，通过逆向工程生成所需修复部分的三维建模，再进行切片分析，将配置好的电化学微增材逐层打印在所需修补的金属面上。本发明通过电沉积的方式直接在破损产品本身进行修复，延长产品的使用寿命，提高产品质量，节省成本。

Description

基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及到一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法。
背景技术
增材制造，又叫3D打印。主要涉及到计算机三维设计模型的正向设计，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，增材制造将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。
增材制造技术因为其使用的材料和成型方法的不同，而且结合其材料的物理和化学属性以及使用的成型方法的加工特点，目前这项技术已被应用于航空航天、汽车金属、生物医学、建筑领域、军事领域等多个行业领域，并且发挥着越来越重要的作用。
在针对所需修补的工件时，现在的增材制造装置主要是先画好需要生成的三维模型，再传输到打印装置上，打印好的零件装配回原来的装置上，在这一过程中就会产生诸多问题。例如，拆装困难造成精度降低、打印的零件与装置实际需要有误差、修复成本太高等问题。特别是针对一些珠宝首饰及精密的仪器，不方便拆卸，修复难度大。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法用于解决现在的增材制造装置打印的零件误差大，修复难度大成本高等技术问题。
一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，包括机体框架、底面固定端、竖直立柱、中央控制器、溶液配置箱和组合打印装置，
所述竖直立柱位于机体框架的支腿上，竖直立柱的上部与中央控制器连接，竖直立柱的下部与底面固定端固定连接，竖直立柱上设置有滑块、立柱导轨、连接碳杆和步进电机；所述立柱导轨纵向设置在竖直立柱上；所述滑块安装在立柱导轨的轨道里，滑块与立柱导轨滑动连接，滑块的端部分别通过连接碳杆与组合打印装置的连接板固定连接；所述步进电机安装在竖直立柱的上部，步进电机与滑块连接用于控制滑块在立柱导轨内移动；
所述底面固定端的下部设置有真空吸盘，底面固定端放置在所需修补零件的承接面上并通过真空吸盘吸附固定；所述中央控制器位于机体框架的上部平台内部；
所述溶液配置箱包括溶液储存箱、吸出废液箱、溶液蠕动泵和溶液中心管道；所述溶液储存箱与并列安装在中央控制器的上部，溶液储存箱通过溶液中心管道与吸出废液箱组合打印装置连接，溶液储存箱为打印提供原材料；所述吸出废液箱安装在中央控制器的上部，吸出废液箱通过溶液中心管道与组合打印装置连接用于吸回多余的废液；所述溶液蠕动泵安装在溶液储存箱的上部，溶液蠕动泵控制溶液储存箱中溶液的进出；
所述组合打印装置包括连接板、旋转式三维探测仪和多功能旋转打印台；所述旋转式三维探测仪与连接板中心轴连接；所述多功能旋转打印台与旋转式三维探测仪中心轴连接；所述多功能旋转打印台包括Ⅰ号打磨头、Ⅱ号气枪、Ⅲ号打印喷头和Ⅳ号废液吸出头；
所述中央控制器分别与步进电机、溶液蠕动泵、旋转式三维探测仪和多功能旋转打印台电性连接。
所述机体框架为三棱柱形机体框架，机体框架的竖直立柱数量为三根，机体框架的尺寸为580mm×520mm×1020mm，打印尺寸为500mm×480mm×950mm，各尺寸精度均为±1mm。
所述底面固定端还包括三角稳定块，三角稳定块与竖直立柱的下部固定连接，三角稳定块的下部与真空吸盘固定连接。
所述中央控制器上设置有显示屏、电机驱动板、温度控制板和电源开关，中央控制器用于利用CURA进行切片分析、定位打印坐标并控制机械部分执行定位和打印命令。
所述连接板与连接碳杆通过球轴连接。
基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置的操作方法，用于操作所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置放置在待修补工件的中心并通过真空吸盘吸附固定；
步骤二、利用旋转式三维探测仪确认所需要修补的位置，通过中央控制器，测算出待修补位置的空间形状；
步骤三、利用Ⅰ号打磨头对所需修补的位置进行打磨，然后利用Ⅱ号气枪清除表面残渣以及灰尘，再利用旋转式三维探测仪为部件所需修补的位置进行三维扫描建模，中央控制器计算并获得3D打印的基本参数；
所述基本参数包括：电化学微增材的用量、打印温度、打印速度、打印时间、打印质量、打印填充度；
步骤四、将待修补工件通过三根竖直立柱连接在负极上，多功能旋转打印台连接在正极上，利用Ⅲ号打印喷头，喷出电化学微增材，根据中央控制器在步骤三中获得的各数据逐层沉积在所需修复的表面；
步骤五、利用Ⅳ号废液吸出喷头吸出多余液体；
步骤六、利用Ⅰ号打磨头对打印后的工件进行抛光；
步骤七、利用利用Ⅱ号气枪清除工件表面残渣以及灰尘；
步骤八、打印完成，取下基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明通过对传统增材制造机结构及工作特性进行改进，以将所需修补的零件本身设置为工作台，采用将电化学微增材电镀的方式，通过逆向工程生成所需修复部分的三维建模，再进行切片分析，将配置好的电化学微增材逐层打印在所需修补的金属面上。本发明通过电沉积的方式直接在破损产品本身进行修复，延长产品的使用寿命，提高产品质量，节省成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法中装置的等轴侧示意图。
图2为本发明基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法中装置的正视结构示意图。
图3为本发明基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法中中央控制器的剖面示意图。
图4为本发明基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置及其操作方法中组合打印装置的剖面示意图。
图中1-机体框架、2-底面固定端、3-竖直立柱、4-中央控制器、5-溶液配置箱、6-组合打印装置、201-三角稳定块、202-真空吸盘、301-滑块、302-立柱导轨、303-连接碳杆、304-步进电机、401-显示屏、402-电机驱动板、403-温度控制板、404-电源开关、501-溶液储存箱、502-吸出废液箱、503-溶液蠕动泵、504-溶液中心管道、601-连接板、602-旋转式三维探测仪、603-多功能旋转打印台。
具体实施方式
如图所示，一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，包括机体框架1、底面固定端2、竖直立柱3、中央控制器4、溶液配置箱5和组合打印装置6。
所述底面固定端2与竖直立柱3相连接；所述竖直立柱3与中央控制器4相连接；所述溶液配置箱5放置在中央控制器4的上方；机体框架1的横截面为三角形，机体框架1的基本尺寸为580mm×520mm×1020mm，打印尺寸为500mm×480mm×950mm。
所述底面固定端2包括三角稳定块201、真空吸盘202；所述底面固定端2与机体框架1相连接，放置在所需修补零件的承接面上，利用真空吸盘202起到固定整个装置的作用。
所述竖直立柱3包括滑块301、立柱导轨302、连接碳杆303、步进电机304；所述滑块301安装在立柱导轨302的轨道里；所述连接碳杆303的一端与滑块301的端部连接，连接碳杆303的另一端与连接板601连接；所述步进电机304安装在竖直立柱3的上方与中央控制器4相连接，步进电机304与滑块301连接用于控制滑块301在立柱导轨302内进行移动。
所述中央控制器4上设置有显示屏401、电机驱动板402、温度控制板403和电源开关404，中央控制器4用于利用CURA进行切片分析、定位打印坐标并控制机械部分执行定位和打印命令；所述显示屏401用于显示打印速度、打印温度、打印进度等等；所述电机驱动板402，用于电性控制步进电机304、溶液蠕动泵503、旋转式三维探测仪602和多功能旋转打印台603的工作；所述温度控制板403，用于控制组合打印装置6的打印温度；所述电源开关404用于控制中央控制器4及整个修复装置的工作。
所述溶液配置箱5包括溶液储存箱501、吸出废液箱502、溶液蠕动泵503、溶液中心管道504；所述溶液储存箱501安装在中央控制器4的上方，与溶液中心管道504连接延伸到组合打印装置6，为打印提供原材料；所述吸出废液箱502安装在中央控制器4的上方，溶液中心管道504与之相连延伸到组合打印装置6，吸回多余的废液；所述溶液蠕动泵503安装在溶液储存箱501上方控制溶液储存箱501中溶液的进出，废液箱502与溶液储存箱501并列放置在中央控制器4的上方；
所述组合打印装置6包括连接板601、旋转式三维探测仪602、多功能旋转打印台603；所述连接板601与连接碳杆303进行球连接；所述旋转式三维探测仪602与连接板601中心轴连接，主要用于探测所需修补部分的空间形状；所述多功能旋转打印台603与旋转式三维探测仪602中心轴连接，都为独立控制旋向，所述多功能旋转打印台603包括Ⅰ号打磨头、Ⅱ号气枪、Ⅲ号打印喷头、Ⅳ号废液吸出头。
基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置的操作方法，包括以下步骤，
步骤一、将修复装置放置在待修补工件的中心，调整底面固定端2的真空吸盘202，固定好修复装置。
步骤二、利用旋转式三维探测仪602确认所需要修补的位置，通过中央控制器4，测算出待修补位置的空间形状。
步骤三、利用Ⅰ号打磨头对所需修补的位置进行打磨，然后利用Ⅱ号气枪清除表面残渣以及灰尘，再利用旋转式三维探测仪602为部件所需修补的位置进行三维扫描建模，通过中央控制器4的软件部分计算出打印所需电化学微增材的用量，打印速度、打印时间、打印质量、打印填充度。
步骤四、此时工件通过三根竖直立柱3连接在负极上，多功能旋转打印台603连接在正极上。利用Ⅲ号打印喷头，喷出电化学微增材，根据中央控制器4的软件部分的数据分析逐层沉积在所需修复的表面。
步骤五、如有余液需要去除，利用Ⅳ号废液吸出喷头吸出多余液体。
步骤六、利用Ⅰ号打磨头对工件进行抛光处理。
步骤七、利用利用Ⅱ号气枪清除表面残渣以及灰尘。
步骤八、打印完成，取下修复装置。

Claims (6)

1.一种基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：包括机体框架(1)、底面固定端(2)、竖直立柱(3)、中央控制器(4)、溶液配置箱(5)和组合打印装置(6)，
所述竖直立柱(3)位于机体框架(1)的支腿上，竖直立柱(3)的上部与中央控制器(4)连接，竖直立柱(3)的下部与底面固定端(2)固定连接，竖直立柱(3)上设置有滑块(301)、立柱导轨(302)、连接碳杆(303)和步进电机(304)；所述立柱导轨(302)纵向设置在竖直立柱(3)上；所述滑块(301)安装在立柱导轨(302)的轨道里，滑块(301)与立柱导轨(302)滑动连接，滑块(301)的端部分别通过连接碳杆(303)与组合打印装置(6)的连接板(601)固定连接；所述步进电机(304)安装在竖直立柱(3)的上部，步进电机(304)与滑块(301)连接用于控制滑块(301)在立柱导轨(302)内移动；
所述底面固定端(2)的下部设置有真空吸盘(202)，底面固定端(2)放置在所需修补零件的承接面上并通过真空吸盘(202)吸附固定；所述中央控制器(4)位于机体框架(1)的上部平台内部；
所述溶液配置箱(5)包括溶液储存箱(501)、吸出废液箱(502)、溶液蠕动泵(503)和溶液中心管道(504)；所述溶液储存箱(501)与并列安装在中央控制器(4)的上部，溶液储存箱(501)通过溶液中心管道(504)与吸出废液箱(502)、组合打印装置(6)连接，溶液储存箱(501)为打印提供原材料；所述吸出废液箱(502)安装在中央控制器(4)的上部，吸出废液箱(502)通过溶液中心管道(504)与组合打印装置(6)连接用于吸回多余的废液；所述溶液蠕动泵(503)安装在溶液储存箱(501)的上部，溶液蠕动泵(503)控制溶液储存箱(501)中溶液的进出；
所述组合打印装置(6)包括连接板(601)、旋转式三维探测仪(602)和多功能旋转打印台(603)；所述旋转式三维探测仪(602)与连接板(601)中心轴连接；所述多功能旋转打印台(603)与旋转式三维探测仪(602)中心轴连接；所述多功能旋转打印台(603)包括Ⅰ号打磨头、Ⅱ号气枪、Ⅲ号打印喷头和Ⅳ号废液吸出头；
所述中央控制器(4)分别与步进电机(304)、溶液蠕动泵(503)、旋转式三维探测仪(602)和多功能旋转打印台(603)电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：所述机体框架(1)为三棱柱形机体框架，机体框架(1)的竖直立柱(3)数量为三根，机体框架(1)的尺寸为580mm×520mm×1020mm，打印尺寸为500mm×480mm×950mm，各尺寸精度均为±1mm。
3.根据权利要求1所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：所述底面固定端(2)还包括三角稳定块(201)，三角稳定块(201)与竖直立柱(3)的下部固定连接，三角稳定块(201)的下部与真空吸盘(202)固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：所述中央控制器(4)上设置有显示屏(401)、电机驱动板(402)、温度控制板(403)和电源开关(404)，中央控制器(4)用于利用CURA进行切片分析、定位打印坐标并控制机械部分执行定位和打印命令。
5.根据权利要求1所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：所述连接板(601)与连接碳杆(303)通过球轴连接。
6.基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置的操作方法，用于操作权利要求1所述的基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、将基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置放置在待修补工件的中心并通过真空吸盘(202)吸附固定；
步骤二、利用旋转式三维探测仪(602)确认所需要修补的位置，通过中央控制器(4)，测算出待修补位置的空间形状；
步骤三、利用Ⅰ号打磨头对所需修补的位置进行打磨，然后利用Ⅱ号气枪清除表面残渣以及灰尘，再利用旋转式三维探测仪(602)为部件所需修补的位置进行三维扫描建模，中央控制器(4)计算并获得3D打印的基本参数；
所述基本参数包括：电化学微增材的用量、打印温度、打印速度、打印时间、打印质量和打印填充度；
步骤四、将待修补工件通过三根竖直立柱(3)连接在负极上，多功能旋转打印台(603)连接在正极上，利用Ⅲ号打印喷头，喷出电化学微增材，根据中央控制器(4)在步骤三中获得的各数据逐层沉积在所需修复的表面；
步骤五、利用Ⅳ号废液吸出喷头吸出多余液体；
步骤六、利用Ⅰ号打磨头对打印后的工件进行抛光；
步骤七、利用Ⅱ号气枪清除工件表面残渣以及灰尘；
步骤八、打印完成，取下基于电化学微增材的三角洲式金属修复装置。
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