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专利摘要

本发明公开了一种应用于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。加工过程分为机械研磨和化学机械抛光，抛光阶段的化学机械抛光液包含0.01～40wt％的胶体二氧化硅、0～10wt％的过氧化氢、水，pH值2‑11。针对3D打印不锈钢流道，本发明提出机械研磨和化学机械抛光两步加工方法，设计加工装置，研发化学机械抛光液，实现流道表面高质高效加工，加工后表面粗糙度达到纳米级。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210572967.1
申请日期:
2022-05-25
专利申请人:
西南交通大学
分类号:
B24B1/00 ; B24B27/00 ; B24B41/00 ; B24B41/04 ; B24B41/06 ; B24B47/12 ; B24B55/02 ; B24B57/02
发明/设计人:
江亮，张祥，钱林茂，王超，叶敏恒，叶作彦，晏璐文，谢鸿升，叶夫义
权利要求: 1.一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述加工的装置包括机架、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，所述机架上设有所述样品装夹模块、所述拉簧定位模块、所述复合运动模块和所述辅助模块，所述样品装夹模块用于装夹待加工样品，所述拉簧定位模块用于夹持所述加工模块的一端，所述复合运动模块用于夹持所述加工模块的另一端，并驱动所述加工模块运动，所述拉簧定位模块和所述复合运动模块的夹持端均可以在水平和竖直方向上调节位置，保证所述加工模块与待加工样品的流道同轴，所述加工模块针对性提供研磨单元和抛光单元两类加工单元，实现流道表面精密加工，所述辅助模块按设定流量供给加工液；所述拉簧定位模块包括第一调节支座、第二调节支座、轴承座、滚动轴承、夹头、拉簧连接座和拉簧，所述第一调节支座通过螺钉安装在所述机架的平台上，所述第二调节支座通过螺栓和螺母安装在所述第一调节支座上，并且可以在水平方向上调节位置，所述轴承座通过螺钉安装到所述第二调节支座上，并且可以在竖直方向上调节位置，所述滚动轴承通过过盈配合安装在所述轴承座内，所述夹头通过过盈配合安装在所述滚动轴承内，所述拉簧连接座通过紧定螺钉安装在所述夹头内，所述拉簧两端设有弯钩，所述拉簧的一端通过弯钩与所述拉簧连接座连接，另一端与所述加工模块连接。2.根据权利要求1所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述机架包括支架、平台和液池，所述支架用于安装所述平台，所述平台用于安装所述液池、所述拉簧定位模块、所述复合运动模块和所述辅助模块，所述液池用于安装所述样品装夹模块，并收集和排放加工废液，所述平台的材料选用大理石、花岗岩、铸铁中的一种。3.根据权利要求2所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述样品装夹模块包括底座、装夹平台、夹具和定位柱，所述底座通过螺钉安装在所述机架的液池上，所述装夹平台安装在所述底座上，所述装夹平台上设有螺纹孔阵列，用于安装所述夹具和所述定位柱，所述装夹平台、所述夹具和所述定位柱配合使用，装夹待加工样品。4.根据权利要求3所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述加工模块具有良好的柔性，所述加工模块由柔性线材、加工单元和卡头三部分组成，所述加工单元为圆筒状，所述柔性线材从所述加工单元的中心孔穿过，两者粘结固定，所述卡头安装于所述柔性线材一端，形成绳扣，与所述拉簧定位模块中的拉簧连接，所述柔性线材的另一端与所述复合运动模块中的线夹头连接，所述柔性线材的材料选用尼龙、芳纶、棉花、碳素钢中的一种。5.根据权利要求4所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述加工单元包括研磨单元和抛光单元两类，不同加工阶段选用不同加工单元，与不同加工液配合使用，其中，在研磨阶段，选用所述研磨单元，与水配合使用，所述研磨单元的材料选用金刚石、氧化铝、碳化硅中的一种，在抛光阶段，选用所述抛光单元，与化学机械抛光液配合使用，所述抛光单元的材料选用聚氨酯、羊毛、牛皮、硅胶中的一种。6.根据权利要求5所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述复合运动模块包括多轴运动台、电机罩、电机、线夹头和数控系统，所述多轴运动台通过螺钉安装在所述机架的平台上，用于调节所述电机在水平和竖直方向上的位置，保证所述加工模块与待加工样品的流道同轴，更为重要的是，用于驱动所述加工模块沿流道轴向往复运动，所述电机罩通过螺钉安装到所述多轴运动台上，所述电机安装在所述电机罩内，所述电机用于驱动所述加工模块旋转运动，所述线夹头一端通过紧定螺钉安装到所述电机的轴上，另一端通过紧定螺钉连接所述加工模块，所述数控系统与所述多轴运动台和所述电机连接，控制所述多轴运动台和所述电机按设定程序运动。7.根据权利要求6所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，其特征在于，所述辅助模块包括安装平台、蠕动泵、磁力搅拌器、加工液盛放桶和加工液输送管，所述安装平台通过螺钉安装在所述机架的平台上，所述蠕动泵和所述磁力搅拌器放置在所述安装平台上，所述加工液盛放桶放置在所述磁力搅拌器上，所述加工液输送管安装在所述安装平台上，一端放置于所述加工液盛放桶内，另一端位于所述加工模块上方。8.一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的方法，其特征在于，基于权利要求7所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的装置，采用机械研磨和化学机械抛光协同配合的加工工艺，包括以下步骤：S1、在机械研磨阶段，首先，将待加工样品装夹在所述样品装夹模块上，然后，将所述加工模块带有绳扣的一端连接到所述拉簧上，将所述加工模块穿过待加工样品的流道，将所述加工模块的另一端连接到所述线夹头上，接着，调节所述拉簧定位模块的轴承座和所述复合运动模块的多轴运动台在水平和竖直方向上的位置，使所述加工模块与待加工样品的流道同轴；S2、在所述加工液盛放桶中加入水；S3、在所述数控系统上输入数控程序，程序中设置的参数包括所述电机转速和所述多轴运动台往复运动速度，在蠕动泵上设置加工液流量；S4、打开所述磁力搅拌器和所述蠕动泵，启动数控程序，开始机械研磨；S5、机械研磨结束后，取下待加工样品，观察粉末黏附层是否完全去除，如果没有，则重复进行S1～S5，直至达到要求；S6、在化学机械抛光阶段，首先，将待加工样品装夹在所述样品装夹模块上，然后，将所述加工模块带有绳扣的一端连接到所述拉簧上，将所述加工模块穿过待加工样品的流道，将所述加工模块的另一端连接到所述线夹头上，接着，调节所述拉簧定位模块的轴承座和所述复合运动模块的多轴运动台在水平和竖直方向上的位置，使所述加工模块与待加工样品的流道同轴；S7、配制化学机械抛光液，搅拌均匀，倒入所述加工液盛放桶中；S8、在所述数控系统上输入数控程序，程序中设置的参数包括所述电机转速和所述多轴运动台往复运动速度，在蠕动泵上设置加工液流量；S9、打开所述磁力搅拌器和所述蠕动泵，启动数控程序，开始化学机械抛光；S10、化学机械抛光结束后，取下待加工样品，检测抛光后的流道表面质量，测量是否达到纳米级表面粗糙度，如果没有，则重复进行S6～S10，直至达到要求。9.根据权利要求8所述的一种应用于3D打印不锈钢流道精密加工的方法，其特征在于，所述化学机械抛光液包含0.01～40wt％的胶体二氧化硅、0～10wt％的过氧化氢、剩余为水，pH值2-11。