本发明专利技术公开了基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置及方法,包括水槽、超微磨料装置、混合装置和3D打印模具；水槽通过输送管与混合装置连通，且混合装置与水槽之间设置有高压水泵；混合装置上方设置有超微磨料装置，混合装置的另一端连接有一喷嘴；喷嘴下方相应位置设置有3D打印模具；其加工方法为通过3D打印技术快速的制作出微流道摸具，然后将被加工工件通过过渡配合定位安装于微流道模具中，最后将装配好的工件与模具安装于磨料水射流加工系统中的工作台上进行磨料水射流加工。本发明专利技术该工艺方法大大降低了对加工装置的要求，装置结构较简单，制作成本低；使复杂结构微流道制作成为可能。
The device and method of micro channel abrasive water jet machining based on 3D printing die
【技术实现步骤摘要】
基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置及方法
本专利技术属于特种加工
，涉及基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置及方法，特别涉及一种可广泛应用于玻璃、陶瓷、硅片等硬脆性材料微流道磨料水射流加工装置及方法。
技术介绍
微流道是微反应器和微流系统的重要组成部分，集成微流道系统被广泛应用于化学、光学、生物医疗和军事等领域。玻璃、陶瓷、硅等材料因其化学性能稳定性、可靠性和抗高压高温好、利于电渗流驱动等优点，是制备微流道的高性能材料。但玻璃材料的脆性大使其微加工困难，若采用特殊的工艺制备微流控组件成本高昂，制约了玻璃在微流体领域大规模使用。近年来，微流道加工工艺取得了快速发展，常用的玻璃微加工工艺包括：化学刻蚀，机械加工，超声加工，玻璃热成型，激光加工等。1)化学刻蚀微流道是目前主要采用的加工方式，需经过表面处理、涂光刻胶、光学曝光、显影等工艺获得所需图形作为掩模板再经过HF腐蚀环境得到成形的微流道，工艺过程繁琐成本高且不环保；2)机械加工玻璃微流道需要使用特定的刀具磨具，加工时需要控制玻璃应力，难度较大；3)超声加工在工作过程中需要添加不同尺寸的研磨料，当工件尺寸在um级别时加工难度将急剧增加；4)玻璃热成型常分为压制成型、吹制成型、扎制成型，是利用玻璃的黏度随温度降低而连续的快速增加的性质，随着黏度的变化，可以流动的玻璃逐渐硬化为固体，而微流控领域需要大面积精细的流道结构，若采用这一方法，将使得过程更加复杂，成本更高；5)激光加工微流道是通过高能激光束聚焦到材料代加工区表面产生高温熔化或气化加工形成加工形貌，该方式工艺简单、图案直写不需要掩模、环保高效。目前普遍认为激光是微纳加工的强有力的工具之一，但由于玻璃材料透过性好，普通红外波段激光在玻璃表面很难聚焦，而采用蓝紫波段或超快激光加工微结构，加工成本较高。因此，如何提供一种既能够降低制备成本又能保障加工质量的基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高效低成本的加工玻璃、陶瓷、硅片等硬脆性材料基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置及方法。通过3D打印技术可以打印任何复杂结构微流道模具，然后通过微磨料水射流技术将模具结构复印到玻璃、陶瓷、硅片等工件上，该工艺方法操作简单，对磨料水射流控制系统要求低，制作复杂结构微流道成本低，适用于大规模生产应用。为解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置，包括水槽、超微磨料装置、混合装置和3D打印模具；所述水槽通过输送管与所述混合装置连通，且所述混合装置与所述水槽之间设置有高压水泵；所述混合装置上方设置有超微磨料装置，且所述超微磨料装置与所述混合装置与所述水槽之间的输送管相连通；所述混合装置的另一端通过输送管连接有一用于喷射超微磨料的喷嘴；所述喷嘴下方相应位置设置有3D打印模具。优选的，所述高压水泵与所述混合装置中间的输送管上设置有一压力表。优选的，所述压力表与所述混合装置之间的输送管上靠近所述混合装置的位置上设有一节流阀。优选的，所述超微磨料装置与所述混合装置之间设置有一供料阀。优选的，所述3D打印模具上设有曲线微流道以及用于3D打印的阵列槽。优选的，所述超微磨料装置为超微磨料罐。优选的，所述混合装置为混合室。基于3D打印快速制模的微流道磨料水射流的加工方法，包括以下步骤：1）根据需要制作的曲线微流道形状，利用三维建模软件建立相对应的模具三维图，建模时考虑工件的安装和定位；2）将模具三维图导出STL格式文件，之后将STL格式文件导入到切片软件中并设置切片参数进行切片，然后导出G-CODE文件并存于SD卡中用于3D打印；3）根据曲线微流道的精细程度选择SLA或FDM打印机打印出模具三维实物图，并将待加工的工件和模具实体装配好；4）将步骤3）中装配好的工件安装于微磨料水射流加工装置的喷嘴的下方，根据加工需要控制工作台的运动并对工件进行微磨料水射流加工；平台并不要求按照曲线轨迹运动，只需要保证加工时各加工区域都能均匀喷射到就可以；5）根据需要加工的深度确定加工时间，加工完之后，将工件从模具中取出，即完成微流道的加工制作。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：（1）任何复杂结构的微流道都能通过三维建模、切片和打印成型制作出实物模具，然后利用磨料水射流方法将模具形状复印到工件上，该工艺方法使复杂结构微流道制作成为可能。（2）该工艺方法制作微流道的成本和时间与微流道的复杂结构并无关系。制作微流道的装置结构较简单，制作成本低。（3）微流道的复杂性对装置的控制系统无特别要求，通过3D打印的模具可以大大降低对装置控制系统的要求。附图说明图1为本专利技术基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置的示意图。图2为本专利技术基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置3D打印模具10与工件11的安装示意图。图1中：1、水槽；2、高压水泵；3、压力表；4、超微磨料罐；5、供料阀；6、节流阀；7、混合室；8、喷嘴；9、超微磨料；10、3D打印模具；11、工件；图2中：10、3D打印模具；101、曲线微流道；102、阵列槽；11、工件。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例参照图1所示本专利技术公开了基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置,包括水槽1、超微磨料罐4、混合室7和3D打印模具10；所述水槽1通过输送管与所述混合室7连通，且所述混合装置7与所述水槽1之间设置有高压水泵2；所述混合室7上方设置有超微磨料罐4，且所述超微磨料装置4与所述混合室7与所述水槽1之间的输送管相连通；所述混合室7的另一端通过输送管连接有一用于喷射超微磨料9的喷嘴8；所述喷嘴8下方相应位置设置有3D打印模具10。在一些实施例中，所述高压水泵2与所述混合室7中间的输送管上设置有一压力表3；所述压力表3与所述混合室7之间的输送管上靠近所述混合装置7的位置上设有一节流阀6。在一些实施例中，所述超微磨料罐4与所述混合室7之间设置有一供料阀5。在一些实施例中，所述3D打印模具10上设有曲线微流道101以及用于3D打印的阵列槽102。基于3D打印快速制模的微流道磨料水射流的加工方法，是通过3D打印技术快速的制作出微流道摸具，然后将被加工工件通过过渡配合定位安装于微流道模具中，最后将装配好的工件安装于微磨料水射流加工装置的喷嘴的下方进行磨料水射流加工；具体包括以下步骤：1）根据需要制作的曲线微流道形状，利用三维建模软件建立相对应的模具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置,其特征在于，包括水槽（1）、超微磨料装置（4）、混合装置（7）和3D打印模具（10）；/n所述水槽（1）通过输送管与所述混合装置（7）连通，且所述混合装置（7）与所述水槽（1）之间设置有高压水泵（2）；所述混合装置（7）上方设置有超微磨料装置（4），且所述超微磨料装置（4）与所述混合装置（7）与所述水槽（1）之间的输送管相连通；/n所述混合装置（7）的另一端通过输送管连接有一用于喷射超微磨料（9）的喷嘴（8）；所述喷嘴（8）下方相应位置设置有3D打印模具（10）。/n
【技术特征摘要】
1.基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置,其特征在于，包括水槽（1）、超微磨料装置（4）、混合装置（7）和3D打印模具（10）；
所述水槽（1）通过输送管与所述混合装置（7）连通，且所述混合装置（7）与所述水槽（1）之间设置有高压水泵（2）；所述混合装置（7）上方设置有超微磨料装置（4），且所述超微磨料装置（4）与所述混合装置（7）与所述水槽（1）之间的输送管相连通；
所述混合装置（7）的另一端通过输送管连接有一用于喷射超微磨料（9）的喷嘴（8）；所述喷嘴（8）下方相应位置设置有3D打印模具（10）。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置，其特征在于，所述高压水泵（2）与所述混合装置（7）中间的输送管上设置有一压力表（3）。
3.根据权利要求2所述的基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置，其特征在于，所述压力表（3）与所述混合装置（7）之间的输送管上靠近所述混合装置（7）的位置上设有一节流阀（6）。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印模具的微流道磨料水射流加工装置，其特征在于，所述超微磨料装置（4...
【专利技术属性】
技术研发人员：连海山，夏小群，江树镇，马兴灶，莫德云，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。