【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密加工，具体涉及一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置及方法。
技术介绍
1、3d打印的孔道零件逐渐应用于航空航天、交通运输、生物医疗、能源化工等多个领域，特别是在火箭、汽车的随形冷却流道、热交换器，以及航空发动机的燃油喷嘴等场合发挥重要作用。根据参考文献(annalisa acquesta，tullio monetta,the electropolishingof additively manufactured parts in titanium:state of the art，advancedengineering materials，2021，23(12):2100545)，3d打印过程中，熔池的大小、形状和凝固是由能量束的能量分布控制的，同时受到扫描路径影响。如果能量分布不均匀或扫描路径不合理，则可能导致金属粉末熔化不充分，此外，较快的冷却速度也可能导致金属粉末熔化不充分，从而在零件表面形成粉末黏附层。该粉末黏附层表面粗糙度高，会给后续使用带来一系列问题，例如：1)在热交换器等零件中，高粗糙度会增加流体的阻力，导致能量损失大；2)当流道中的流体与表层高速摩擦造成粉末脱落时，可能会导致流道堵塞甚至引发设备故障。因此，寻找一种能够有效去除粉末黏附层、降低表面粗糙度的抛光技术变得尤为重要。
2、为了去除粉末黏附层，研究人员开发出多种抛光方法，如化学抛光、电化学抛光、磁力研磨抛光、磨粒流抛光等。然而，每种抛光方法在实际应用中均存在一定的局限性，并不能完全适用所有类型的3d打印件，如下所示：p>
3、1)根据参考文献(martin bezuidenhout，gerrit ter haar，thorsten becker，sabrina rudolph,oliver damm，natasha sacks，the effect of hf-hno3 chemicalpolishing on the surface roughness and fatigue life of laser powder bedfusion produced ti6al4v，materials today communications，2020，25:101396)，化学抛光溶液消耗快，效率不稳定，且随加工时间延长，工件表面会逐渐产生钝化层，导致抛光效率下降；电化学抛光则对工件初始表面粗糙度要求较高，初始表面粗糙度较大会导致抛光液中的杂质和气泡在工件表面形成滞留区域，影响抛光液的分布均匀性和电流密度的均匀性，弱化抛光效果。然而，通常3d打印件的初始表面粗糙度较大，会影响电化学抛光效果；
4、2)根据参考文献(das m，jain v k，ghoshdastidar p s.nanofinishing of flatworkpieces using rotational-magnetorheological abrasive flow finishingprocess.international journal of advanced manufacturing technology，2012，62：405-420)，磁力研磨抛光在加工外观形状复杂的工件时难以布置磁极，磁场分布不均匀，会影响抛光效果；
5、3)根据参考文献(姚燕生，周瑞根，张成林，梅涛，吴敏，增材制造复杂金属构件表面抛光技术，航空学报，2022，43(04):244-256)，磨粒流抛光的磨料介质会对工件表面施加mpa级的压力，可能会破坏刚度较低的薄壁流道。同时，流道长度的增加会导致压力损失增大，使得远离磨粒入口处位置的抛光效果较差。
6、现有的专利技术专利“一种应用于3d打印不锈钢流道精密加工的装置及方法”(专利技术人：江亮，张祥，钱林茂，王超，叶敏恒，叶作彦，晏璐文，谢鸿升，叶夫义，专利名称：一种应用于3d打印不锈钢流道精密加工的装置及方法，2023.01.03，中国，zl202210572967.1)，该专利技术公开了一种应用于3d打印不锈钢流道精密加工的装置及方法，加工装置包括机架、样品装夹模块、拉簧定位模块、加工模块、复合运动模块和辅助模块，样品装夹模块将待加工样品装夹定位，拉簧定位模块夹持加工模块一端，复合运动模块夹持加工模块另一端，带动加工模块高速运动，辅助模块按需供给加工液，加工模块将加工液带入接触区域，实现流道表面加工。然而，该加工方法选用柔性线材和抛光单元作为抛光工具，调研发现，目前市场上该类抛光工具的最小直径为1.5mm，无法适用孔径小于1.5mm的流道抛光，此外，该加工方法类似于全口径抛光，针对不同孔径需要制作对应的抛光工具，通用性有待改善。
7、综上所述，现有的抛光方法在处理小孔道(孔径小于1.5mm)和高效去除粉末黏附层等方面存在一定的局限性，因此，亟需开发新的抛光装置及方法，以克服现有技术的局限性，实现3d打印不锈钢直孔表面高效抛光。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种针对小孔径且通用性强的3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置及方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：包括机架，机架上分别设有工件装夹模块、多轴运动模块、抛光模块、辅助模块和控制模块，工件装夹模块与多轴运动模块相连，控制模块分别与多轴运动模块和抛光模块电连接，工件装夹模块用于装夹工件，多轴运动模块用于保证工件与抛光模块之间形成相对运动，使得工件的直孔表面贴紧并围绕抛光模块中的抛光线进行圆周和上下往复运动，抛光模块用于带动抛光线高速旋转，辅助模块用于供给抛光液以及收集抛光废液，控制模块用于控制多轴运动模块和抛光模块按设定程序运动，进而控制抛光线和直孔表面进行相对运动。
3、优选地，机架包括型材支撑架和直线光轴，型材支撑架用于安装多轴运动模块、抛光模块、辅助模块和控制模块，直线光轴竖向布置在型材支撑架内，直线光轴与多轴运动模块相连，直线光轴用于保证多轴运动模块中相应直线模组的刚度，提升其在受力时抵抗弹性变形的能力。
4、优选地，工件装夹模块包括模组连接板、抛光液池和工件装夹板，模组连接板通过螺栓安装于多轴运动模块中的x、y直线模组上，抛光液池通过螺栓连接安装于模组连接板上，工件装夹板安装于抛光液池中，用于夹持工件，模组连接板、抛光液池和工件装夹板均根据工件不同外形尺寸进行设计并通过3d打印制作，模组连接板、抛光液池、工件装夹板的3d打印材料可以选用聚乳酸、丙烯腈(a)-丁二烯(b)-苯乙烯(s)、热塑性聚氨酯橡胶、碳纤维复合材料。
5、优选地，多轴运动模块包括直线模组、型材安装平台、连接板和直线滑块轴承固定座，直线模组包括x、y轴直线模组和z轴直线模组，z轴直线模组包括滚珠丝杠和步进电机，x、y轴直线模组通过螺栓安装于型材安装平台，z轴直线模组中的滚珠丝杠安装于型材支撑架上，并通过连接板与型材安装平台相连，型材安装平台通过连接板与直线滑块轴承固定座相连，直线滑块轴承固定座内部本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)上分别设有工件装夹模块(2)、多轴运动模块(3)、抛光模块(4)、辅助模块(5)和控制模块(6)，所述工件装夹模块(2)与多轴运动模块(3)相连，所述控制模块(6)分别与多轴运动模块(3)和抛光模块(4)电连接，所述工件装夹模块(2)用于装夹工件，所述多轴运动模块(3)用于保证工件与抛光模块(4)之间形成相对运动，使得工件的直孔表面贴紧并围绕抛光模块(4)中的抛光线(404)进行圆周和上下往复运动，所述抛光模块(4)用于带动抛光线(404)高速旋转，所述辅助模块(5)用于供给抛光液以及收集抛光废液，所述控制模块(6)用于控制多轴运动模块(3)和抛光模块(4)按设定程序运动，进而控制抛光线(404)和直孔表面进行相对运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述机架(1)包括型材支撑架(101)和直线光轴(102)，所述型材支撑架(101)用于安装多轴运动模块(3)、抛光模块(4)、辅助模块(5)和控制模块(6)，所述直线光轴(10
3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述工件装夹模块(2)包括模组连接板(201)、抛光液池(202)和工件装夹板(203)，所述模组连接板(201)通过螺栓安装于多轴运动模块(3)中的X、Y直线模组(304)上，所述抛光液池(202)通过螺栓安装于模组连接板(201)上，所述工件装夹板(203)安装于抛光液池(202)中，用于夹持工件，所述模组连接板(201)、抛光液池(202)和工件装夹板(203)均根据工件不同外形尺寸进行设计并通过3D打印制作，所述模组连接板(201)、抛光液池(202)、工件装夹板(203)的3D打印材料可以选用聚乳酸、丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)、热塑性聚氨酯橡胶、碳纤维复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述多轴运动模块(3)包括直线模组、型材安装平台(301)、连接板(302)和直线滑块轴承固定座(303)，所述直线模组包括X、Y轴直线模组(304)和Z轴直线模组，所述Z轴直线模组包括滚珠丝杠(305)和步进电机(306)，所述X、Y轴直线模组(304)通过螺栓安装于型材安装平台(301)，所述Z轴直线模组中的滚珠丝杠(305)安装于型材支撑架(101)上，并通过连接板(302)与型材安装平台(301)相连，所述型材安装平台(301)通过连接板(302)与直线滑块轴承固定座(303)相连，所述直线滑块轴承固定座(303)内部安装有轴承，所述直线滑块轴承固定座(303)套设在直线光轴(102)上，所述步进电机(306)工作时通过滚珠丝杠(305)带动型材安装平台(301)上下运动。
5.根据权利要求1所述的一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述抛光模块(4)包括主轴电机(401)、抛光线(404)、随动装置和张紧装置，所述主轴电机(401)用于驱动抛光线(404)高速旋转，所述抛光线(404)用于加工工件，所述随动装置可保证抛光线(404)随主轴电机(401)转动而转动，所述随动装置包括电机轴刀杆(402)、筒形夹具(403)、钻夹头(405)和外球面轴承座(406)，所述电机轴刀杆(402)安装于主轴电机(401)上，所述电机轴刀杆(402)的端部安装筒形夹具(403)，所述筒形夹具(403)用于夹持抛光线(404)上端，所述钻夹头(405)用于夹持抛光线(404)下端，所述钻夹头(405)安装于外球面轴承座(406)上，所述张紧装置包括垂直升降台(407)，所述垂直升降台(407)通过螺栓连接安装于辅助模块(5)上，所述垂直升降台(407)上端面与外球面轴承座(406)通过螺栓连接，通过调节垂直升降台(407)的高度进而张紧抛光线(404)。
6.根据权利要求1所述的一种用于3D打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述辅助模块(5)包括废液收集池(501)、硅胶垫(502)、蠕动泵(503)、磁力搅拌器(504)、抛光液盛放桶(505)、抛光液输送管(506)和托盘(507)，所述抛光液盛放桶(505)放置在磁力搅拌器(504)上，所述抛光液输送管(506)中间与蠕动泵(503)相连，一端与抛光液盛放桶(505)相连，另一端位于抛光液池(202)上方，所述托盘(5...
【技术特征摘要】
1.一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)上分别设有工件装夹模块(2)、多轴运动模块(3)、抛光模块(4)、辅助模块(5)和控制模块(6)，所述工件装夹模块(2)与多轴运动模块(3)相连，所述控制模块(6)分别与多轴运动模块(3)和抛光模块(4)电连接，所述工件装夹模块(2)用于装夹工件，所述多轴运动模块(3)用于保证工件与抛光模块(4)之间形成相对运动，使得工件的直孔表面贴紧并围绕抛光模块(4)中的抛光线(404)进行圆周和上下往复运动，所述抛光模块(4)用于带动抛光线(404)高速旋转，所述辅助模块(5)用于供给抛光液以及收集抛光废液，所述控制模块(6)用于控制多轴运动模块(3)和抛光模块(4)按设定程序运动，进而控制抛光线(404)和直孔表面进行相对运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述机架(1)包括型材支撑架(101)和直线光轴(102)，所述型材支撑架(101)用于安装多轴运动模块(3)、抛光模块(4)、辅助模块(5)和控制模块(6)，所述直线光轴(102)竖向布置在型材支撑架(101)内，所述直线光轴(102)与多轴运动模块(3)相连，所述直线光轴(102)用于保证多轴运动模块(3)中相应直线模组的刚度。
3.根据权利要求1所述的一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述工件装夹模块(2)包括模组连接板(201)、抛光液池(202)和工件装夹板(203)，所述模组连接板(201)通过螺栓安装于多轴运动模块(3)中的x、y直线模组(304)上，所述抛光液池(202)通过螺栓安装于模组连接板(201)上，所述工件装夹板(203)安装于抛光液池(202)中，用于夹持工件，所述模组连接板(201)、抛光液池(202)和工件装夹板(203)均根据工件不同外形尺寸进行设计并通过3d打印制作，所述模组连接板(201)、抛光液池(202)、工件装夹板(203)的3d打印材料可以选用聚乳酸、丙烯腈(a)-丁二烯(b)-苯乙烯(s)、热塑性聚氨酯橡胶、碳纤维复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于3d打印不锈钢直孔表面高效抛光的装置，其特征在于：所述多轴运动模块(3)包括直线模组、型材安装平台(301)、连接板(302)和直线滑块轴承固定座(303)，所述直线模组包括x、y轴直线模组(304)和z轴直线模组，所述z轴直线模组包括滚珠丝杠(305)和步进电机(306)，所述x、y轴直线模组(304)通过螺栓安装于型材安装平台(301)，所述z轴直线模组中的滚珠丝杠(305)安装于型材支撑架(101)上，并通过连接板(302)与型材安装平台(301)相连，所述型材安装平台(301)通过连接板(302)与直线滑块轴承固定座(303)相连，所述直线滑块轴承固定座(303)内部安装有轴承，所述直线滑块轴承固定座(303)套设在直线光轴(102)上，所述步进电机(306)工作时通过滚...
【专利技术属性】
技术研发人员：江亮，李辉，钱林茂，魏宇廷，田毅铭，郑子寒，叶敏恒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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