CN113001381A - 一种3d打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印后处理技术领域,提供一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法,旨在解决目前行业内对3D打印工件的表面处理方法中手工抛光效率低、产品一致性较差,磨粒流和磁力抛光对产品表面粗糙度提高有限的问题,包括控制***和打磨机构;所述打磨机构包括有工作平台和对称安装在工作平台上端两侧的防护隔板,且其中一个防护隔板的上端安装有固定臂,且固定臂的另一端通过旋转连接单元连接有内置伸缩结构和机械传动***的活动伸缩臂,且活动伸缩臂的末端安装有活动臂,活动臂的另一端设有磨头安装座,磨头安装座中可拆卸式安装有磨头。本发明尤其适用于航空航天发动机领域的3D打印核心件的后处理,具有较高的社会使用价值和应用前景。

Description

一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法
技术领域
本发明涉及3D打印后处理技术领域,具体涉及一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法。
背景技术
随着3D打印技术的不断进步和发展,3D打印技术基本可以实现航空航天发动机领域的核心件的成形需求,在航空航天发动机领域的核心件一般均在高温高压工况下服役,壁厚尺寸和表面质量直接影响了核心件的结构强度和传热效率。但是成形后工件的表面质量不均匀,薄壁结构表面处理控制存在不确定性,该限制一直制约着3D打印技术在该领域的进一步应用和发展。
目前行业内对3D打印工件的表面处理方法主要有手工抛光、磨粒流、磁力抛光,但是手工抛光效率低、产品一致性较差,磨粒流和磁力抛光对产品表面粗糙度的提高有限。为此,我们提出了一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法,克服了现有技术的不足,设计合理,结构紧凑,旨在解决目前行业内对3D打印工件的表面处理方法中手工抛光效率低、产品一致性较差,磨粒流和磁力抛光对产品表面粗糙度提高有限的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,包括控制***和打磨机构;
所述打磨机构包括有工作平台和对称安装在工作平台上端两侧的防护隔板,且其中一个防护隔板的上端安装有固定臂,且固定臂的另一端通过旋转连接单元连接有内置伸缩结构和机械传动***的活动伸缩臂,且活动伸缩臂的末端安装有活动臂,活动臂的另一端设有磨头安装座,磨头安装座中可拆卸式安装有磨头;
固定臂上还通过高压气管Ⅰ连接有空压机的输出端,固定臂的中部设有贯通活动伸缩臂和活动臂并实现磨头高速旋转的气流通道。
优选的,还包括有用于固定3D打印毛坯件的定位机构,且定位机构设置在工作平台上端面中部,定位机构包括有设置在工作平台上端面中部并可通过气动驱动实现旋转的毛坯件安装座,且毛坯件安装座的上端设有用于固定3D打印毛坯件的装夹工装,毛坯件安装座通过高压气管Ⅱ与空压机的输出端贯通连接。
优选的,所述控制***包括计算机、数据处理器和主控制箱,计算机通过信号输入线与数据处理器相连接,数据处理器通过信号输出线与固定臂相连接,主控制箱通过电缆分别与固定臂和装夹工装相连接。
优选的,所述固定臂内设置有用于实现旋转连接单元、活动伸缩臂、活动臂的联动的PLC控制***。
优选的,所述PLC控制***还用于控制磨头气动旋转的启停和转速。
优选的,靠近固定臂一侧的所述防护隔板上嵌设有用于监测打印情况的观察窗。
优选的,所述装夹工装通过高强螺栓装配在毛坯件安装座的上端。
本发明还提供一种3D打印工件表面抛光装置的操作方法,包括以下步骤:
S1、将3D打印毛坯件通过装夹工装固定于毛坯件安装座上;
S2、将3D打印毛坯件的三维数模导入计算机,在三维数模上选取需要抛光部位,经数据处理器进行数据转换后将信息传输至PLC控制***;
S3、由主控制箱设定抛光指数,根据设定数据将信息传输到PLC控制***,使联动***按照程序设定轨迹进行联动,实现3D打印毛坯件抛光;
抛光系数计算公式如式1所示,
Wa=Fm/(σb·S) (1)
式中:Wa-抛光指数;Fm-接触压力;σb-3D打印毛坯件材料的室温抗拉强度;S-磨头与3D打印毛坯件接触压力。
优选的,所述步骤S3中,根据3D打印工件的使用要求,可调节抛光指数使工件表面进行均匀抛光,也可在同一3D打印工件的局部区域进行不同抛光指数设计,达到定制化抛光需求。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法,具备以下有益效果:
1、本发明不仅解决了手工抛光效率低、产品一致性较差的问题,同时采用数字化控制***,实现了对3D打印毛坯件表面粗糙度的可控可调,有力的推动了3D打印后处理技术的发展,大大提高了航空航天发动机领域的3D打印核心件的最终成品质量。
2、本发明采用自动化控制***,可实现高效率抛光,同时毛坯件装夹工装通过专用高强螺栓与毛坯件安装座进行装配,可实现不同工件的快速更换和抛光。
3、本发明可达到同种3D打印工件抛光质量的高度一致性,对批量化异性薄壁结构产品的表面抛光具有很好的实用性。
4、本发明达到同种3D打印工件抛光质量的高度一致性,对批量化异性薄壁结构产品的表面抛光具有很好的实用性,同时结合本操作方法可实现不同工件的快速更换和高效率抛光。
附图说明
下面将以明确易懂的方式,结合附图说明优选实施方式,对一种3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明结构示意图。
图中:计算机1、数据处理器2、信号输入线3、信号输出线4、打磨机构、固定臂5、旋转连接单元6、活动伸缩臂7、活动臂8、观察窗9、磨头安装座10、磨头11、高压气管Ⅰ12、3D打印毛坯件13、防护隔板14、定位机构、装夹工装15、毛坯件安装座16、工作平台17、高压气管Ⅱ18、空压机19、电缆20、主控制箱21、高强螺栓22。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明进一步说明:
实施例1
一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,包括控制***和打磨机构;
所述打磨机构包括有工作平台17和对称安装在工作平台17上端两侧的防护隔板14,且其中一个防护隔板14的上端安装有固定臂5,且固定臂5的另一端通过旋转连接单元6连接有内置伸缩结构和机械传动***的活动伸缩臂7,且活动伸缩臂7的末端安装有活动臂8,活动臂8的另一端设有磨头安装座10,磨头安装座10中可拆卸式安装有磨头11;靠近固定臂5一侧的所述防护隔板14上嵌设有用于监测打印情况的观察窗9;
固定臂5上还通过高压气管Ⅰ12连接有空压机19的输出端,固定臂5的中部设有贯通活动伸缩臂7和活动臂8并实现磨头11高速旋转的气流通道;
所述固定臂5内设置有用于实现旋转连接单元6、活动伸缩臂7、活动臂8的联动的PLC控制***;所述PLC控制***还用于控制磨头11气动旋转的启停和转速。
本实施例中,还包括有用于固定3D打印毛坯件13的定位机构,且定位机构设置在工作平台17上端面中部,定位机构包括有设置在工作平台17上端面中部并可通过气动驱动实现旋转的毛坯件安装座16,且毛坯件安装座16的上端设有用于固定3D打印毛坯件13的装夹工装15,毛坯件安装座16通过高压气管Ⅱ18与空压机19的输出端贯通连接;所述装夹工装15通过高强螺栓22装配在毛坯件安装座16的上端。
本实施例中,所述控制***包括计算机1、数据处理器2和主控制箱21,计算机1通过信号输入线3与数据处理器2相连接,数据处理器2通过信号输出线4与固定臂5相连接,主控制箱21通过电缆20分别与固定臂5和装夹工装15相连接。
实施例2
本发明还提供一种3D打印工件表面抛光装置的操作方法,包括以下步骤:
S1、将3D打印毛坯件13通过装夹工装15固定于毛坯件安装座16上;
S2、将3D打印毛坯件13的三维数模导入计算机1,在三维数模上选取需要抛光部位,经数据处理器2进行数据转换后将信息传输至PLC控制***;
S3、由主控制箱21设定抛光指数,根据设定数据将信息传输到PLC控制***,使联动***按照程序设定轨迹进行联动,实现3D打印毛坯件13抛光;
抛光系数计算公式如式1所示,
Wa=Fm/(σb·S) (1)
式中:Wa-抛光指数;Fm-接触压力;σb-3D打印毛坯件材料的室温抗拉强度;S-磨头与3D打印毛坯件接触压力。
本实施例中,所述步骤S3中,根据3D打印工件的使用要求,可调节抛光指数使工件表面进行均匀抛光,也可在同一3D打印工件的局部区域进行不同抛光指数设计,达到定制化抛光需求。
其他未描述结构参照实施例1。
根据本发明上述实施例1-2的3D打印毛坯件的表面抛光装置及操作方法,通过装夹工装15将3D打印毛坯件13安装在毛坯件安装座16上,启动主控制箱21,通过主控制箱21配合PLC控制***启停空压机19的输入,进而可调节磨头11的转速;
将3D打印毛坯件13的等比例三维数模导入计算机1,选取需要抛光部位后,经过数据处理器2进行数据处理,然后将信息传输至PLC控制***,来实现3D打印毛坯件13的抛光;
且利用高强度螺栓22将装夹工装15与毛坯件安装座16进行配合连接,易于更换3D打印毛坯件13,方便维护,有利于多品种、多样式的3D打印毛坯件13的抛光处理;
同时,本发明采用数字化控制***,通过调节不同的抛光系数,可对3D打印毛坯件13的表面粗糙度进行精确控制,可达到同种3D打印工件抛光质量的高度一致性,对批量化异性薄壁结构产品的表面抛光具有很好的实用性,结合操作方法可实现不同工件的快速更换和高效率抛光。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例,但并不局限于此,本领域的普通技术人员,极易根据上述实施例,领会本发明的精神,并做出不同的引申和变化,但只要不脱离本发明的精神,都在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于,包括控制***和打磨机构;
所述打磨机构包括有工作平台(17)和对称安装在工作平台(17)上端两侧的防护隔板(14),且其中一个防护隔板(14)的上端安装有固定臂(5),且固定臂(5)的另一端通过旋转连接单元(6)连接有内置伸缩结构和机械传动***的活动伸缩臂(7),且活动伸缩臂(7)的末端安装有活动臂(8),活动臂(8)的另一端设有磨头安装座(10),磨头安装座(10)中可拆卸式安装有磨头(11);
固定臂(5)上还通过高压气管Ⅰ(12)连接有空压机(19)的输出端,固定臂(5)的中部设有贯通活动伸缩臂(7)和活动臂(8)并实现磨头(11)高速旋转的气流通道。
2.如权利要求1所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:还包括有用于固定3D打印毛坯件(13)的定位机构,且定位机构设置在工作平台(17)上端面中部,定位机构包括有设置在工作平台(17)上端面中部并可通过气动驱动实现旋转的毛坯件安装座(16),且毛坯件安装座(16)的上端设有用于固定3D打印毛坯件(13)的装夹工装(15),毛坯件安装座(16)通过高压气管Ⅱ(18)与空压机(19)的输出端贯通连接。
3.如权利要求1所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:所述控制***包括计算机(1)、数据处理器(2)和主控制箱(21),计算机(1)通过信号输入线(3)与数据处理器(2)相连接,数据处理器(2)通过信号输出线(4)与固定臂(5)相连接,主控制箱(21)通过电缆(20)分别与固定臂(5)和装夹工装(15)相连接。
4.如权利要求1所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:所述固定臂(5)内设置有用于实现旋转连接单元(6)、活动伸缩臂(7)、活动臂(8)的联动的PLC控制***。
5.如权利要求4所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:所述PLC控制***还用于控制磨头(11)气动旋转的启停和转速。
6.如权利要求1所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:靠近固定臂(5)一侧的所述防护隔板(14)上嵌设有用于监测打印情况的观察窗(9)。
7.如权利要求1所述的一种3D打印毛坯件的表面抛光装置,其特征在于:所述装夹工装(15)通过高强螺栓(22)装配在毛坯件安装座(16)的上端。
8.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述的3D打印工件表面抛光装置的操作方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将3D打印毛坯件(13)通过装夹工装(15)固定于毛坯件安装座(16)上;
S2、将3D打印毛坯件(13)的三维数模导入计算机(1),在三维数模上选取需要抛光部位,经数据处理器(2)进行数据转换后将信息传输至PLC控制***;
S3、由主控制箱(21)设定抛光指数,根据设定数据将信息传输到PLC控制***,使联动***按照程序设定轨迹进行联动,实现3D打印毛坯件(13)抛光;
抛光系数计算公式如式1所示,
Wa=Fm/(σb·S) (1)
式中:Wa-抛光指数;Fm-接触压力;σb-3D打印毛坯件材料的室温抗拉强度;S-磨头与3D打印毛坯件接触压力。
9.如权利要求书8所述的3D打印工件表面抛光装置的操作方法,其特征在于:所述步骤S3中,根据3D打印工件的使用要求,可调节抛光指数使工件表面进行均匀抛光,也可在同一3D打印工件的局部区域进行不同抛光指数设计,达到定制化抛光需求。
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