本发明专利技术提供了一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，包括磨料搅拌模块、电源模块、自动控制模块、电解液输送模块、喷射模块和机床模块；磨料搅拌模块与电解液输送模块均连通至喷射模块，磨料搅拌模块用于将定量的磨料与电解液混合形成浆体溶液输送至喷射模块，电解液输送模块用于将高压电解液输送至喷射模块，高压电解液与浆体溶液在喷射模块内混合后喷出形成高压磨料电化学射流。本发明专利技术突破了传统浸入式抛光的尺寸限制，实现了磨粒浓度的任意调节及精确控制，减少了磨粒对设备的磨损。同时复合了磨料水射流抛光和电化学射流抛光两种特种加工方法，综合了磨料水射流抛光的高效、高精度和电化学抛光表面质量好等优势。优势。优势。
【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置
[0001]本专利技术属于金属零件抛光领域，具体涉及一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置。
技术介绍
[0002]随着增材制造技术的快速发展，增材制造金属零件广泛应用于航空航天、医用植入、磨具和汽车等领域，然而，增材制造成形过程中存在“球化效应”、“粉末粘附”及“阶梯效应”等特性，以及成型表面高粗糙度等形貌特征，导致成形金属零件表面质量不高，难以满足装配、精度等功能要求，需要进行后续抛光加工处理，所以抛光加工是3D打印技术链中的关键一环，未经后续抛光处理无法满足高使役性要求。目前，机械抛光、化学抛光、电解抛光和激光抛光等抛光方法被广泛应用，但这些方法效率低、成本高、难以处理复杂内表面和污染环境等问题仍然存在。因此，为了进一步提高3D打印金属零件的表面质量，需要不断探索新的抛光加工处理方法。
[0003]化学抛光是在合适的化学试剂作用下使得试样表面选择性溶解凹凸不平区域的不规则表面、浸蚀整平的一种方法。粗糙表面凸起部位优先溶解，在溶解过程中氧化膜生成和溶解同时存在，但溶解速率有差异。试样表面凹下部分生成的粘膜较厚，溶解的金属离子不易扩散到抛光液中，周围新鲜的抛光液也不易浸入，溶解速度较慢，随着不均匀溶解的进行，零件表面逐渐平整有光泽。化学抛光有时会造成抛光后零件表面质量更差的现象，因为零件近表面的内部缺陷在抛光后都出现在表面导致表面粗糙度变大。
[0004]电化学抛光(也称电解抛光)是指在一定电解液中被抛光工件连接阳极，发生有选择性溶解，同时在金属表面会发生氧化膜的生成和溶解，从而降低其表面粗糙度、提高光亮度的表面抛光技术。化学抛光及电化学抛光通过化学反应、电化学反应实现抛光加工，具有极好的加工可达性，并且没有机械力作用，因而对加工可达性差的弱刚性复杂结构件内表面，例如医用植入网格多孔结构等，具有良好的加工效果。然而电化学抛光的金属构件其表面粗糙度必须小于一定值，无法对粗糙度较高的材料进行抛光，且抛光过程中由于钝化膜的出现导致效率较低，以及电化学抛光溶液一般采用酸性溶液，尚需解决环保排放问题。
[0005]磨料水射流抛光是一种超精密加工技术，通过细小喷头将混有磨料的水溶液喷射在工件表面上，利用磨粒与工件表面的相互冲击与剪切作用来实现材料的去除，在抛光的同时兼具修形能力，能够满足非线性、复杂曲面零件需要的高形状精度和高表面粗糙度的加工要求。其主要局限在于磨粒的硬度必须高于被加工工件的硬度才能实现材料的蚀除，因而对于硬度较高的难加工金属材料，使用磨料水射流加工材料去除率很低甚至无法加工。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置；该磨料射流电化学复合抛光装置可用于金属难加工材料、金属基复合
材料和复杂结构零件、特殊形状零件的高效精密抛光加工，能够在对3D打印得到的工件进行表面抛光的同时对工件的表面进行改性处理，有效提高工件表面强度和耐磨性。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，包括磨料搅拌模块、电源模块、自动控制模块、电解液输送模块、喷射模块和机床模块；磨料搅拌模块与电解液输送模块均连通至喷射模块，磨料搅拌模块用于将定量的磨料与电解液混合形成浆体溶液输送至喷射模块，电解液输送模块用于将高压电解液输送至喷射模块，高压电解液与浆体溶液在喷射模块内混合后喷出形成高压磨料电化学射流。
[0009]进一步的，所述机床模块包括机床主体、机床底座、抛光平台和夹具；抛光平台的底部与机床主体相连接，其底部侧壁上设置一个出液口，抛光平台的上部与夹具相连接，用于对3D打印零件进行固定。
[0010]进一步的，电解液输送模块包括电解液储存箱、电解液输送管道、过滤器、高压泵、蓄能器和压力表；电解液储存箱设置在机床主体的正下方，抛光平台底部的出液口通过电解液输送管道与电解液储存箱的进液口相连接；储存在电解液储存箱中的电解液，在高压泵的作用下，先后经过滤器、蓄能器和压力表输送至喷射模块。
[0011]进一步的，磨料搅拌模块包括单向阀、搅拌器、伺服电机、磨料储存箱、浆体溶液混合腔、控制阀和磨料浆体溶液输送软管；浆体溶液混合腔的一侧通过单向阀与电解液输送模块的输送管道连接，另一侧通过控制阀与浆体溶液输送软管相连接；浆体溶液输送软管与喷射模块相连通；搅拌器安装于浆体溶液混合腔内，伺服电机设置在磨料储存箱的出口端与浆体溶液混合腔的入口端之间，用于进行对磨料供给量进行精准控制。
[0012]进一步的，喷射模块包括喷嘴、喷嘴混合腔和绝缘法兰盘，绝缘法兰盘与六轴机器人的手臂末端固定连接；喷嘴混合腔有两个入口，一个入口进高压电解液，与电解液输送模块的输送管道相连通；另一个入口进混合均匀的浆体溶液，与浆体溶液输送软管相连通；高压电解液与浆体溶液在喷嘴混合腔内进行混合，然后再经喷嘴喷出形成高压磨料电化学射流。
[0013]进一步的，电源模块采用线性直流稳压稳流电源，电源正极连接夹具，负极连接喷射模块的喷嘴混合腔形成回路。
[0014]进一步的，喷嘴的外壁和端部设置有绝缘涂层，用于实现喷嘴与工件之间以及喷嘴与飞溅的电解液之间的绝缘。
[0015]本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术所述的磨料射流电化学抛光通过磨粒冲蚀、电化学阳极溶解及其协同效应共同作用去除金属材料，综合了磨料水射流抛光和电化学射流抛光的优势。在可比工艺条件下，复合抛光的材料去除率大大高于纯磨料水射流抛光或纯电解射流抛光，因此本专利技术可以大幅度提升材料去除效率。
[0017](2)本专利技术在复合抛光过程中，表面宏观凸起受磨料颗粒的高频冲击、磨削而剥落，形成宏观平滑的表面；而表面微观凸起在电化学抛光作用下发生尖端放电，离解去除，形成良好的微观表面质量。并且磨料在冲击表面过程中，可以有效弥合3D打印工件中的制备微缺陷如微空洞、微裂纹、偏析等等，提高工件表面强度和耐磨性。
[0018](3)本专利技术通过喷射头与机械臂相结合，把3D打印的金属零件形貌模型数据导入
电脑，设定机械臂自动运行路径，可对任意形状尺寸、曲面形状的3D打印金属零件进行抛光。突破了传统浸入式抛光的尺寸限制，避免了工件曲面形状影响造成的抛光不均匀，可以实现任意尺寸、曲面形状工件表面的均匀抛光。
[0019](4)相比于传统前混合式磨料水射流中对设备的磨损严重以及传统的后混合式磨粒射流系统中难以实现磨粒浓度的精密调节与控制问题，本专利技术通过将磨料供给管道阀门改进为用伺服电机控制开口流量，即将传统的磨料“被动负压吸入”，改为“磨料流量线性函数精准调控供给”的方式，即在磨料储存箱下安装可编程序的伺服电机，通过PLC编程输入控制函数，完成磨料供给量的精准控制。在磨料箱中加入搅拌器装置防止磨粒在液体中沉淀，然后通过浆体溶液输送系统向喷头体输送，通过浆体输送系统对输入浆料的有效调节与控制，可以实现混合式磨料水射流系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，其特征在于，包括磨料搅拌模块、电源模块、自动控制模块、电解液输送模块、喷射模块和机床模块；磨料搅拌模块与电解液输送模块均连通至喷射模块，磨料搅拌模块用于将定量的磨料与电解液混合形成浆体溶液输送至喷射模块，电解液输送模块用于将高压电解液输送至喷射模块，高压电解液与浆体溶液在喷射模块内混合后喷出形成高压磨料电化学射流。2.根据权利要求1所述的用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，其特征在于，所述机床模块包括机床主体(23)、机床底座(17)、抛光平台(22)和夹具(21)；抛光平台(22)的底部与机床主体(23)相连接，其底部侧壁上设置一个出液口，抛光平台(22)的上部与夹具(21)相连接，用于对3D打印零件进行固定。3.根据权利要求2所述的用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，其特征在于，所述电解液输送模块包括电解液储存箱(18)、电解液输送管道(19)、过滤器(16)、高压泵(15)、蓄能器(14)和压力表(13)；电解液储存箱(18)设置在机床主体(23)的正下方，抛光平台(22)底部的出液口通过电解液输送管道(19)与电解液储存箱(18)的进液口相连接；储存在电解液储存箱(18)中的电解液，在高压泵(15)的作用下，先后经过滤器(16)、蓄能器(14)和压力表(13)输送至喷射模块。4.根据权利要求3所述的用于3D打印金属零件的磨料射流电化学复合抛光装置，其特征在于，所述磨料搅拌模块包括单向阀(12...
【专利技术属性】
技术研发人员：万昌杰，方铁辉，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：
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