CN115042092A - 表面加工方法 - Google Patents
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Abstract
表面加工方法包括准备金属层叠造型品的工序、和使用投射材料对金属层叠造型品的表面进行喷砂加工的工序，投射材料包含砂砾形状的第一粒度的第一投射材料与砂砾形状的第二粒度的第二投射材料，第一粒度大于第二粒度。
Description
技术领域
本发明涉及表面加工方法。
背景技术
日本特表2019－525858号公报公开了一种对被附加制造出的层叠造型品的表面进行处理的方法。在该方法中，通过使用了砂砾形状的投射材料的喷砂加工使层叠造型品的表面平滑化。
对金属粉末进行熔融而被制造的层叠造型品的表面的平均粗糙度Ra成为5～50μm左右，表面粗糙度非常大。因此，在日本特表2019－525858号公报记载的方法中，存在为了获得充分被平滑化的表面而需要较长的加工时间的担忧。
发明内容
本发明提供一种使金属层叠造型品的表面高效地平滑化的技术。
本发明的一个方面的表面加工方法包括以下工序。
(1)准备金属层叠造型品的工序
(2)使用投射材料对金属层叠造型品的表面进行喷砂加工的工序
这里，投射材料包含砂砾形状的第一粒度的第一投射材料与砂砾形状的第二粒度的第二投射材料。第一粒度大于第二粒度。
对金属粉末进行熔融而被制造的层叠造型品的表面具有因层叠而被形成的粗糙度(源自层叠痕迹的粗糙度)与因粉末材料未熔融而凝固由此形成的粗糙度(源自熔融凝固的粗糙度)。源自层叠痕迹的粗糙度与源自熔融凝固的粗糙度相比处于增大的趋势。因此，金属层叠造型品的表面成为不同的粗糙度混合存在的形状。在本发明的表面加工方法中，使用包含第一粒度的第一投射材料与小于第一粒度的第二粒度的第二投射材料的投射材料。由此，源自层叠痕迹的较大的粗糙度被投射材料所含的第一投射材料高效地去除。另外，源自熔融凝固的较细的粗糙度以及第一投射材料的加工痕迹被投射材料所含的第二投射材料去除。这样，本发明的表面加工方法与仅使用了第一投射材料或者第二投射材料的喷砂加工相比，能够使金属层叠造型品的表面高效地平滑化。
在一个实施方式中，第一投射材料以及第二投射材料各自的维氏硬度也可以是金属层叠造型品的维氏硬度的1.6倍以上。另外，第一投射材料与第二投射材料也可以由同一材质形成。金属层叠造型品也可以由纯钛以及钛合金的粉末形成。根据这些方法，能够使金属层叠造型品的表面进一步高效地平滑化。
根据本发明的一个方面的表面加工方法，能够使金属层叠造型品的表面高效地平滑化。
附图说明
图1是实施方式的表面加工方法的流程图。
图2是表面加工方法所使用的喷砂加工装置的一个例子。
图3的(A)是表示比较例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度的关系的图表。图3的(B)是表示实施例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度的关系的图表。
图4的(A)是表示比较例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度变化量的关系的图表。图4的(B)是表示实施例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度变化量的关系的图表。
图5的(A)是表示表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度的关系的其他的图表。图5的(B)是表示表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度变化量的关系的其他的图表。
附图标记说明
M1…表面加工方法；OB…金属层叠造型品；1…喷砂加工装置；10…工作台；11…驱动装置；12…喷嘴。
具体实施方式
以下，参照附图对各种实施方式详细地进行说明。在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
(喷砂加工方法)
图1是实施方式的表面加工方法的流程图。图1所示的表面加工方法M1是对金属层叠造型品进行喷砂加工的方法。金属层叠造型品通过利用激光等使金属粉末熔融并逐层形成而获得。
金属粉末的材料作为一个例子是纯钛以及钛合金。金属粉末的材料也可以是纯铁以及铁合金。铁合金也可以包含不锈钢以及马氏体时效钢。金属粉末的材料也可以是纯铝以及铝合金。金属粉末的材料也可以是纯铜以及铜合金。金属粉末的材料也可以是纯镍以及镍合金。镍合金也可以包含镍基超合金。金属粉末的材料也可以是钴合金。金属粉末的材料也可以是纯钛以及钛合金。金属粉末的材料也可以是纯镁以及镁合金。金属粉末的材料也可以是硬质合金。硬质合金也可以是碳化钨。
表面加工方法M1通过喷砂加工装置而被实现。图2是表面加工方法所使用的喷砂加工装置的一个例子。喷砂加工装置1具备工作台10、驱动装置11以及喷嘴12。工作台10支承金属层叠造型品OB。驱动装置11与工作台10连接。驱动装置11使工作台10沿方向S移动。驱动装置11作为一个例子是伺服缸。喷嘴12与工作台10对置地被固定配置。喷嘴12将投射材料与空气一起向工作台10上的金属层叠造型品OB的表面喷射。喷嘴12作为一个例子是直压式的空气喷嘴。喷砂加工装置1具备对驱动装置11的驱动量以及喷嘴12的喷射量进行控制的控制部(未图示)。控制部对驱动装置11的驱动量以及喷嘴12的喷射量进行控制，由此能够对金属层叠造型品OB的表面的规定位置进行规定时间的喷砂加工。
此外，表面加工方法M1所使用的喷砂加工装置不限定于图2所示的喷砂加工装置1。例如，喷嘴12也可以构成为相对于工作台10相对地移动。在该情况下，喷砂加工装置1也可以不具备驱动装置11。或者，也可以将使喷嘴12相对于工作台10相对地移动的机构与驱动装置11组合。在该情况下，例如，机构能够使喷嘴12在X方向移动，驱动装置11能够使工作台10在Y方向移动。喷嘴12也可以是抽吸式的空气喷嘴。驱动装置11也可以是液压缸、气缸或者电动缸。另外，驱动装置11也可以使工作台10在一个方向移动，并且也使工作台10在与一个方向正交的方向移动。即，驱动装置11也可以使工作台10作为所谓的XY工作台来发挥功能。
返回图1，表面加工方法M1包括进行准备的工序(步骤S10)以及进行喷砂加工的工序(步骤S12)。在进行准备的工序(步骤S10)中，在喷砂加工装置1的工作台10上载置有金属层叠造型品OB。接着，在进行喷砂加工的工序(步骤S12)中，通过喷嘴12将投射材料与空气一起喷射于金属层叠造型品OB。由此，对金属层叠造型品OB的表面进行喷砂加工。
在进行喷砂加工的工序(步骤S12)中被使用的投射材料是包含第一投射材料与第二投射材料在内的投射材料。投射材料作为一个例子通过将第一投射材料与第二投射材料混合而得。第一投射材料以及第二投射材料具有砂砾形状。砂砾形状是指多边形。第一投射材料以及第二投射材料通过将喷丸粉碎而形成。第一投射材料以及第二投射材料作为一个例子是钢砂或者棕刚玉段砂。第一投射材料与第二投射材料可以由同一材质形成，也可以由不同材质形成。第一投射材料与第二投射材料由同一材质形成的情况与使不同种类材料混合的情况相比，容易维持投射材料的品质，从而操作也变得容易。
第一投射材料的粒度(第一粒度)大于第二投射材料的粒度(第二粒度)。第一投射材料以及第二投射材料各自的维氏硬度也可以是金属层叠造型品OB的维氏硬度的1.6倍以上。在第一投射材料以及第二投射材料各自的维氏硬度不足金属层叠造型品OB的维氏硬度的1.6倍的情况下，磨削能力变低，从而投射材料无法使对象物充分地平滑化。
(实施方式的总结)
在表面加工方法M1中，使用包含第一粒度的第一投射材料与小于第一粒度的第二粒度的第二投射材料在内的投射材料。由此，源自层叠痕迹的金属层叠造型品OB的表面的较大的粗糙度被投射材料所含的第一投射材料高效地去除。另外，源自熔融凝固的金属层叠造型品OB的表面的较细的粗糙度以及第一投射材料的加工痕迹被投射材料所含的第二投射材料去除。这样，本发明的表面加工方法与仅使用了第一投射材料或者第二投射材料的喷砂加工相比，能够使金属层叠造型品OB的表面高效地平滑化。
实施例
[平滑化的效率性的评价]
为了评价混合投射材料的效果，而对金属层叠造型品进行了喷砂加工。
(金属层叠造型品的准备)
首先，制造了作为被加工品的金属层叠造型品。制造装置是照射电子束而使金属粉末熔融从而进行层叠造型的装置(Arcam公司制：A2X)。金属粉末是钛合金的粉末(Arcam公司制Ti6Al-4V ELI powder)。金属层叠造型品的大小是一个边为50mm的长方体。维氏硬度是382HV。
(喷砂条件)
喷砂加工使用了图2所示的喷砂加工装置1。从喷嘴12喷射的空气压力为0.3MPa，喷射量为13.5kg/min。一边使工作台10沿方向S以3000mm/min移动一边进行了喷砂加工。
(投射材料)
[实施例1]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
[实施例2]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：800HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：2.09
[实施例3]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：钢砂，投射材料硬度：800HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：2.09
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：800HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：2.09
[比较例1]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：450HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.18
[比较例2]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：钢砂，投射材料硬度：450HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.18
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
[比较例3]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：切丝(cut wire)，投射材料硬度：700HV，粒度：0.6mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.83
第二投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：1.62
[比较例4]
投射材料：钢砂，投射材料硬度：620HV，粒度：0.7mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)1.62
[比较例5]
投射材料：钢砂，投射材料硬度：800HV，粒度：0.3mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)2.09
[比较例6]
投射材料：切丝，投射材料硬度：700HV，粒度：0.6mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)1.83
(表面粗糙度测量)
在金属层叠造型品通过了喷嘴12的正下方时，使通过次数的计数器增加一次，利用粗糙度测量仪测量了此时的金属层叠造型品的表面。结果如图3的(A)以及图3的(B)所示。图3的(A)是表示比较例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的表面粗糙度的关系的图表。表面粗糙度是在作为日本工业标准的JIS B0601中所规定的算术平均粗糙度Ra。图3的(B)是表示实施例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度的关系的图表。如图3的(A)所示，混合好的投射材料(比较例1～3)的通过次数与平均粗糙度的关系成为与未混合的一般的投射材料(比较例4～6)大致相同的结果。与此相对，如图3的(B)所示，确认到混合好的投射材料(实施例1～3)与未混合的一般的投射材料(比较例4～6)比较，能够减小平均粗糙度。
图4的(A)以及图4的(B)是将图3的(A)以及图3的(B)的纵轴变换成平均粗糙度变化量而得的结果。平均粗糙度变化量通过从加工前的平均粗糙度减去加工后的平均粗糙度而计算出。图4的(A)是表示比较例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度变化量的关系的图表。图4的(B)是表示实施例的表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度变化量的关系的图表。如图4的(A)所示，混合好的投射材料(比较例1～3)的平均粗糙度变化量成为与未混合的一般的投射材料(比较例4～6)大致相同的结果或者比其稍差的结果。与此相对，如图4的(B)所示，确认到混合好的投射材料(实施例1～3)与未混合的一般的投射材料(比较例4～6)比较，平均粗糙度变化量增大。特别是，确认到混合好的投射材料(实施例1～3)在通过次数较少的阶段能够实现较大的平均粗糙度变化量。
以上，根据图3的(A)、图3的(B)、图4的(A)、图4的(B)的测量结果，确认到在将粒度不同的砂砾形状的投射材料混合且投射材料各自的维氏硬度是金属层叠造型品的维氏硬度的1.6倍以上的情况下，喷砂加工高效化。
(投射材料的其他的材料)
接着，验证了投射材料的其他的材质。金属层叠造型品以与在图3的(A)、图3的(B)、图4的(A)、图4的(B)中评价的金属层叠造型品相同的方法以及条件进行了制造。
(喷砂条件)
喷砂加工使用了图2所示的喷砂加工装置1。从喷嘴12喷射的空气压力为0.2MPa，喷射量为3.0kg/min。一边使工作台10沿方向S以3000mm/min移动一边进行了喷砂加工。
(投射材料)
[实施例4]
第一投射材料与第二投射材料的混合投射材料
第一投射材料：棕刚玉段砂，投射材料硬度：2100HV，粒度：0.500mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：5.50
第二投射材料：棕刚玉段砂，投射材料硬度：2100HV，粒度：0.125mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：5.50
[比较例7]
棕刚玉段砂，投射材料硬度：2100HV，粒度：0.500mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：5.50
[比较例8]
棕刚玉段砂，投射材料硬度：2100HV，粒度：0.125mm，硬度比率(投射材料/被加工材料)：5.50
(表面粗糙度测量)
在金属层叠造型品通过了喷嘴12的正下方时，使通过次数的计数器增加一次，利用粗糙度测量仪测量了此时的金属层叠造型品的表面。结果如图5的(A)以及图5的(B)所示。图5的(A)是表示表面加工方法的通过次数与金属层叠造型品的平均粗糙度的关系的图表。如图5的(A)所示，确认到混合好的投射材料(实施例4)与未混合的投射材料(比较例8)比较，能够减小平均粗糙度。另一方面，混合好的投射材料(实施例4)与未混合的投射材料(比较例7)比较，成为相同程度的结果。这可能是因为金属层叠造型品的表面粗糙度的偏差。另一方面，图5的(B)是将图5的(A)的纵轴变换成平均粗糙度变化量而得的结果。平均粗糙度变化量通过从加工前的平均粗糙度减去加工后的平均粗糙度而计算出。如图5的(B)所示，确认到混合好的投射材料(实施例4)与未混合的一般的投射材料(比较例7、8)比较，平均粗糙度变化量增大。特别是，确认到混合好的投射材料(实施例4)在通过次数较少的阶段能够实现较大的平均粗糙度变化量。这样，确认到使用棕刚玉段砂作为投射材料的情况也起到与使用钢砂作为投射材料的情况相同的效果。
Claims (4)
1.一种表面加工方法，对金属层叠造型品的表面进行喷砂加工，
所述表面加工方法的特征在于，
包括准备所述金属层叠造型品的工序、和使用投射材料对所述金属层叠造型品的所述表面进行喷砂加工的工序，
所述投射材料包含砂砾形状的第一粒度的第一投射材料与砂砾形状的第二粒度的第二投射材料，第一粒度大于第二粒度。
2.根据权利要求1所述的表面加工方法，其特征在于，
所述第一投射材料以及所述第二投射材料各自的维氏硬度是所述金属层叠造型品的维氏硬度的1.6倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的表面加工方法，其特征在于，
所述第一投射材料与所述第二投射材料由同一材质形成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的表面加工方法，其特征在于，
所述金属层叠造型品由纯钛以及钛合金的粉末形成。
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