CN115921901A - 一种微波辅助去除3d打印准直器毛刺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，具体包括以下步骤：(1)切割下3D打印件；(2)在微波加热设备的加热腔室中放入陶瓷垫板；(3)将3D打印件放置在陶瓷垫板上；(4)开启微波加热设备，在微波辐射下，3D打印件的孔内毛刺和切割毛刺受热熔融；(5)加热完成后冷却，取出3D打印件；(6)对3D打印件进行超声波清洗、吹干。本发明采用微波辐射的加热原理，并利用金属材料在微波辐射环境下的受热特点，仅会去除打印过程产生的内孔毛刺和切割产生的切割毛刺去除，使得毛刺的数量级从几丝米降低到几微米，而对打印致密的3D打印件本身无任何影响，从而能够有效利用微波能快速实现对3D打印件毛刺的去除，简单易操作。
Description
技术领域
本发明涉及医用CT机的准直器制造技术领域，具体是一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法。
背景技术
3D打印技术作为一种快速成型的技术，其应用越来越广泛，对于医用CT机的准直器，由于其尺寸较小，其长、宽、高通常不会超过150mm*150mm*100mm，因此适用于3D打印制造。
现有技术中，采用3D打印的准直器往往具有多孔结构，而多孔结构的内部往往有附着有一些金属球形粉，继而形成毛刺，需要去除毛刺。
现有去除孔内毛刺的方法通常为磨粒流加工技术。磨粒流加工技术实现去除毛刺方法的原理是：磨粒流加工技术实现去除毛刺又称挤压研磨加工技术，它是70年代初发展起来的一种新的光整加工工艺。它是使悬浮在具有粘弹性的半固态状介质中的磨料，在一定挤压力作用下，高速往复流动过零件欲加工的表面，产生磨削作用而去除微量金属的。在磨粒流加工中，磨流介质通过通道时，通道不同部位的切削量是不一致的，磨流介质通过通道时，切削作用弱，只起抛光作用；磨流介质通过变截面和转弯位置时，切削作用强。因此，机械加工毛刺通常都在磨粒流通道的限制性截面上得到去除的。利用磨粒流加工对限制性截面的强切削作用，首先将毛刺去除，继而将交线处尖角倒圆，与此同时，磨粒流磨下的毛刺和切削包容在磨流介质中，并随磨粒流一起被带走。
然而，磨粒流加工技术实现去除毛刺方法存在着以下不足之处：
1、此工艺适合于刚刚进入精加工阶段的毛刺，但是对于小而长的孔则不宜加工；
2、容易造成3D打印件薄壁(0.1mm厚)的损坏；
3、磨粒流去除毛刺的设备价格昂贵，入门级也需要几十万，致使加工成本较高；
4、该工艺需要针对产品单独制作工装，技术要求高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，采用微波辐射的加热原理，并利用金属材料在微波辐射环境下的受热特点，来实现去除毛刺，并对打印致密的3D打印件本身无任何影响，以快速去除3D打印件的毛刺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1.采用切割设备将3D打印件从3D打印机的基板上切下；
S2.采用额定功率为600-800W的微波加热设备，并在微波加热设备的加热腔室中放入陶瓷垫板；
S3.将经步骤S1切下的所述3D打印件，按照3D打印件的孔向平行于微波加热设备的加热腔室的底面放置在所述的陶瓷垫板上；
S4.设定所述微波加热设备的加热时间为3-10min，开启微波加热设备，对所述3D打印件进行加热，在微波辐射下，3D打印件的孔内毛刺和经步骤S1切割产生的切割毛刺受热熔融；
S5.加热完成后，冷却1-2min，取出所述的3D打印件；
S6.对所述的3D打印件进行超声波清洗、吹干。
进一步的，所述的步骤S1中，所述切割设备采用线切割设备。
进一步的，所述的步骤S2中，所述的陶瓷垫板采用氧化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板。
进一步的，所述的步骤S2中，所述的微波加热设备采用微波炉。
进一步的，所述的步骤S4中，所述微波炉的额定功率为700W。
进一步的，所述的步骤S6中，设定超声波的频率为28-35kHz，清洗时间为5-10min。
进一步的，所述的步骤S6中，吹干的设备采用鼓风干燥箱。
进一步的，所述鼓风干燥箱的内部温度为80-90℃，鼓风干燥箱的风扇转速大于1800r/min；烘干时间为30-40min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用微波辐射的加热原理，并利用金属材料在微波辐射环境下的受热特点，仅会去除打印过程产生的内孔毛刺和切割产生的切割毛刺去除，使得毛刺的数量级从几丝米降低到几微米，而对打印致密的3D打印件本身无任何影响，从而能够有效利用微波能快速实现对3D打印件毛刺的去除，简单易操作。
附图说明
图1为本发明所采用的微波加热设备(微波炉)的结构示意图。
图2为图1中A部分的结构放大示意图。
图3为去除毛刺前的准直器的结构示意图。
图4为图3中B部分的结构放大示意图。
图5为去除毛刺前的准直器的局部结构放大图。
图6为采用本发明方法去除毛刺后的准直器的结构示意图。
图7为图6中C部分的结构放大示意图。
图8为采用本发明方法去除毛刺后的准直器的局部结构放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-8，一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、采用线切割设备将3D打印件1从3D打印机(即3D打印的准直器，金属件，其长、宽、高尺寸通常不会超过150mm*150mm*100mm，下同)的基板上切下。
步骤二、采用额定功率为700W的微波炉2，并在微波炉2的底盘上放置陶瓷垫板3。
具体的，陶瓷垫板3采用氧化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板。
需要说明的是，在微波加热过程中，由于3D打印件上存在孔内毛刺和切割毛刺，因此会不可避免的产生放电的现象，进而产生电弧，而采用氧化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板则可以起到绝缘的作用，从而能够保护微波炉2的底盘。
步骤三、将经步骤一切下的3D打印件1，按照3D打印件1的孔向平行于微波炉2的底盘，即使得3D打印件1的孔的中心线平行于微波炉2的底盘，放置在陶瓷垫板3上，以此有利于微波从3D打印件1的孔中穿过，从而能够提升去除毛刺的效果。
步骤四、设定微波炉2的加热时间为7min，开启微波炉2，对3D打印件1进行加热，在微波辐射下，3D打印件1的孔内毛刺和经步骤一切割产生的切割毛刺(统称为毛刺4)受热熔融。
步骤五、加热完成后，冷却2min，取出3D打印件1。
步骤六、对3D打印件进行超声波清洗、吹干。
具体的，设定超声波的频率为30kHz，清洗时间为10min。
此外，吹干的设备采用鼓风干燥箱，鼓风干燥箱的内部温度为80℃，鼓风干燥箱的风扇转速大于1800r/min；烘干时间为30min。
以下对本发明作进一步的说明：
不同形状的金属件在微波辐射的环境下，相互之间引发的作用机制也是完全不同的，依据常见的形态，将金属件分为块状金属、粉末状金属和尖端金属三种，具体分析如下：
1、处于微波辐射的环境下的金属件是大尺寸块状金属时，金属材料在微波辐射的作用下很难实现受热，其原因是：由于块状金属对微波辐射的应对反应为基础的反射波，金属和微波之间的相互作用区域极其有限，因此微波(电磁波)穿透只发生在金属材料的表面，其内部并没有感应电场的产生。
2、处于微波辐射的环境下的金属件是微米数量级的粉末状金属时，粉末状金属能和微波(电磁波)发生较强的相互作用，粉末状金属通过吸收微波能(电磁能)实现自身温度的升高，其原因是：由于粉末状金属的尺寸(微米数量级)与微波在金属材料中的穿透深度相当，金属件之间的接触电阻又会将在金属表面形成的涡旋电流限制在其内部，而涡旋电流的损耗将最终促使粉末状金属在微波辐射下实现整体均匀的受热。
3、微波与金属件之间的相互作用除了上述传统意义上的常规反射和加热烧结之外，还存在第三种作用机制，即当具有尖锐边缘、尖端和/或不规则的亚微观结构的金属在微波辐射的环境下时，在微波辐射作用下往往会有一种附加的独特现象发生，这种现象通常伴随产生电火花或电弧放电，且通常情况下放电会十分剧烈，产生热量会造成尖端金属，即3D打印件的孔内毛刺和切割毛刺受热熔融。
由上述分析可知，采用本发明方法去除毛刺时，仅会将突出的尖端金属，即3D打印件的孔内毛刺和切割毛刺进行加热熔融，使得毛刺的数量级从几丝米降低到几微米，而对打印致密的3D打印件本身无任何影响，从而能够有效利用微波能快速实现对3D打印件毛刺的去除。
需要说明的是，依据常规理解，去除毛刺的效果通常与微波炉2的实际功率和加热时间存在正比关系，也就是说，在一定范围内，微波炉2的实际功率越高、加热时间越长，去除毛刺的效果越好。
但是，当3D打印件1的孔内毛刺和切割毛刺得到有效去除后，即没有毛刺时，如果再继续进行微波辐射，即增加加热时间，则微波能量在微波炉2的加热腔体内得不到有效释放，往往会烧坏微波炉2的磁控管。
具体的实验数据如下表所示：
| 序号 | 加热时间(微波辐射时间) | 微波炉的实际功率与额定功率的比例 | 毛刺大小 |
| 1 | 0 | 0 | 30-50μm |
| 2 | 2min | 70％ | 15-20μm |
| 3 | 2min | 100％ | 10-15μm |
| 4 | 5min | 100％ | 5-8μm |
| 5 | 7min | 100％ | 5-8μm |
由上表可知，在微波炉2的实际功率与额定功率的比例为100％，即微波炉2的实际功率达到额定功率(700W)，且加热时间(微波辐射时间)达到5min时，毛刺的数量级已由初始的30-50μm，即由初始的3-5丝米降至最终的5-8μm，达到了所需的除毛刺效果。
继续加热，即继续进行微波辐射，在加热时间(微波辐射时间)达到7min时，毛刺的数量级维持在5-8μm的范围内，不再发生变化。
因此，本发明限定了微波炉2的加热时间为7min，即可满足实际所需。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1.采用切割设备将3D打印件从3D打印机的基板上切下；
S2.采用额定功率为600-800W的微波加热设备，并在微波加热设备的加热腔室中放入陶瓷垫板；
S3.将经步骤S1切下的所述3D打印件，按照3D打印件的孔向平行于微波加热设备的加热腔室的底面放置在所述的陶瓷垫板上；
S4.设定所述微波加热设备的加热时间为3-10min，开启微波加热设备，对所述3D打印件进行加热，在微波辐射下，3D打印件的孔内毛刺和经步骤S1切割产生的切割毛刺受热熔融；
S5.加热完成后，冷却1-2min，取出所述的3D打印件；
S6.对所述的3D打印件进行超声波清洗、吹干。
2.根据权利要求1所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，所述切割设备采用线切割设备。
3.根据权利要求1所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S2中，所述的陶瓷垫板采用氧化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板。
4.根据权利要求1所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S2中，所述的微波加热设备采用微波炉。
5.根据权利要求4所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S4中，所述微波炉的额定功率为700W。
6.根据权利要求1所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S6中，设定超声波的频率为28-35kHz，清洗时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述的步骤S6中，吹干的设备采用鼓风干燥箱。
8.根据权利要求7所述的一种微波辅助去除3D打印准直器毛刺的方法，其特征在于：所述鼓风干燥箱的内部温度为80-90℃，鼓风干燥箱的风扇转速大于1800r/min；烘干时间为30-40min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230407 |