一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，在磨粒流設(shè)備上利用所配制的化學(xué)腐蝕磨粒流流體將光固化成形樹脂原型件分別進(jìn)行拋光處理。最后利用蒸餾水或者去離子水進(jìn)行清洗，得到的光固化成形樹脂原型件表面粗糙度由原來(lái)的Ra8.0～20.0μm降低到Ra0.8～2μm，且表面粗糙度均勻，紋理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)光固化成型樹脂原型件的后處理加工，操作簡(jiǎn)單，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。該方法能消除光固化成形樹脂原型件的臺(tái)階效應(yīng)，提高了樹脂原型件的表面精度，并且不影響其尺寸精度。
【專利說(shuō)明】一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成型光固化成形【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型光固化成形樹脂原型件是利用材料累加原理而成型，受成型機(jī)理的局限，成型過(guò)程中不可避免的存在臺(tái)階效應(yīng)，直接將此原型件應(yīng)用于模具制作和熔模制造，很難保證最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量，并且較大的原型件表面粗糙度，不利于漿料的流動(dòng)和充型。目前大多研究主要集中于如何通過(guò)軟件和硬件的方法來(lái)提高精度，但這些方法不能從根本上消除臺(tái)階效應(yīng)，并且開發(fā)難度大，成本昂貴。因此發(fā)明低成本的拋光工藝就顯得尤為重要，但光固化成形樹脂原型件的拋光工藝難點(diǎn)在于:(I)光固化成形樹脂原型件為脆性材料，含有復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)；(2)內(nèi)部復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)難以加工；(3)光固化成型樹脂耐酸堿性強(qiáng)，若單獨(dú)采用化學(xué)拋光的方法，所需時(shí)間長(zhǎng)，并容易出現(xiàn)光固化成形樹脂原型件溶脹和基體塑化、水解。
[0003]目前光固化成形樹脂原型件的拋光工藝大多采用手工打磨，加工周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，拋光質(zhì)量和精度主要靠拋光操作者經(jīng)驗(yàn)自行控制，造成拋光區(qū)粗糙度分布不均，表面紋理混亂。有國(guó)外學(xué)者提出采用磨粒流拋光光固化樹脂件，磨粒流加工是一種用具有流動(dòng)性的粘彈性材料(由載體和磨料組成)對(duì)工件進(jìn)行表面拋光和去毛刺的新工藝技術(shù)，以減少工件表面的波紋度和粗糙度，達(dá)到精密加工的光潔度，但其僅僅涉及規(guī)則形狀光固化樹脂件的拋光，難以加工具有復(fù)雜內(nèi)部通道的葉片樹脂原型，若拋光壓力較大，復(fù)雜光固化成形樹脂原型件將會(huì)出現(xiàn)變形甚至破裂，如果降低拋光壓力，則拋光時(shí)間呈指數(shù)倍增長(zhǎng)，效率大大降低，因此單純采用磨粒流拋光光固化樹脂件是行不通的。因此尋找有效提高光固化成形樹脂原型件的表面粗糙度的后處理工藝方法，具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問題在于提供一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，提高光固化成形樹脂原型件表面精度，使其表面粗糙度均勻，紋理規(guī)則，能夠消除其臺(tái)階效應(yīng)。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，包括以下操作:
[0007]利用化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上對(duì)樹脂原型件拋光處理，直到使其達(dá)到表面粗糙度要求為止，然后用水對(duì)拋光后的樹脂原型件進(jìn)行清洗；
[0008]以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?15%的PH調(diào)節(jié)劑，12?15%的醇，0.3?1.0%的分散劑，其余為去離子水或蒸餾水；pH為12?14.8。
[0009]以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?13.5%的pH調(diào)節(jié)劑，12?13.5%的醇，0.3?0.6%的分散劑，其余為去離子水或蒸餾水。
[0010]所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體的配制為:
[0011]按比例將pH調(diào)節(jié)劑、醇和水配制成混合液體，然后將磨料分散到混合液體中，并通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料團(tuán)聚體打開，使其充分分散，再加入分散劑，混勻。
[0012]所述在進(jìn)行拋光時(shí)，對(duì)光固化成形樹脂原型件拋光的化學(xué)磨粒流腐蝕磨粒流流體噴射壓力為0.5?3Mpa。
[0013]所述的磨粒為白剛玉、碳化硅、硼化硅或氧化硅中的一種或幾種，磨粒粒徑為140 ?1250 目。
[0014]所述的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉，所述的醇為甲醇、乙醇或乙二醇。
[0015]所述的分散劑為聚丙乙烯酸鈉或聚丙乙烯酸銨。
[0016]還將拋光分為粗拋和精拋兩道工序來(lái)進(jìn)行，其中粗拋和精拋所采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體不同:
[0017]粗拋時(shí)采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體為:10?15%的磨粒、13.5?15%的pH調(diào)節(jié)劑、13.5?15%的醇、0.3%的分散劑，其余為去離子水，磨粒粒徑為150?700目；
[0018]精拋時(shí)采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體為:16?20%的磨粒、12?13%的pH調(diào)節(jié)齊U、12?13%的醇、0.6%的分散劑，其余為去離子水，磨粒粒徑為700?1250目。
[0019]所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?15%的pH調(diào)節(jié)劑，12?15%的醇，0.3?1.0%的分散劑，其余為去離子水或蒸餾水；pH為12?14.8。
[0020]所述的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉，所述的醇為甲醇、乙醇或乙二醇，所述的磨粒為白剛玉、碳化硅、硼化硅或氧化硅中的一種或幾種，磨粒粒徑為140?1250目，所述的分散劑為聚丙乙烯酸鈉或聚丙乙烯酸銨。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明提供的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，利用化學(xué)腐蝕磨粒流流體控制光固化成形樹脂原型件的粗糙度，通過(guò)化學(xué)腐蝕磨粒流流體的液體提供腐蝕作用，通過(guò)磨粒提供機(jī)械作用。而要獲得較好的表面質(zhì)量，必須使加工過(guò)程中的化學(xué)腐蝕作用與機(jī)械磨削作用達(dá)到一種平衡。如果化學(xué)腐蝕作用大于機(jī)械磨削作用，則會(huì)在表面產(chǎn)生腐蝕坑；反之，機(jī)械磨削作用大于化學(xué)腐蝕作用則會(huì)在表面產(chǎn)生劃痕。而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)光固化成形樹脂原型件的后處理加工，能夠提高光固化成形樹脂原型件表面精度，，并且不影響其尺寸精度；降低表面粗糙度，表面粗糙度由原來(lái)的Ra8.0?20.0 μ m降低到Ra0.8?2 μ m，并且使其表面粗糙度均勻，紋理規(guī)則，消除其臺(tái)階效應(yīng)，并顯著提高生產(chǎn)效率，降低工人工作強(qiáng)度。
[0023]本發(fā)明提供的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，將化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體拋光將化學(xué)腐蝕拋光與物理磨粒流拋光結(jié)合起來(lái)，磨粒的機(jī)械作用使樹脂原型件表面材料變得疏松，加快了化學(xué)反應(yīng)速度，并使反應(yīng)生成物從樹脂原型件表面脫離，并被拋光流體帶走。樹脂原型件表面的波峰會(huì)先受到磨料的沖擊作用而被去除掉，去除速度較快，并且將拋光分為粗拋和精拋兩道工序，大大降低表面粗糙度降低，提高光固化成形樹脂原型件的表面精度和拋光效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0024]圖1為未拋光的光固化樹脂原型件表面形貌；
[0025]圖2為拋光后的光固化樹脂原型件表面形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，具體包括以下操作:
[0029](I)利用光固化成型機(jī)制作光固化成形樹脂原型件；
[0030](2)采用分散法配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體:
[0031]首先將12%的PH調(diào)節(jié)劑、12%的醇和去離子水配置混合液體，其中PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀，醇為甲醇；添加磨粒時(shí)采用分散法，通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料粉末直接分散到水中來(lái)制備磨粒腐蝕磨粒流流體:(a)磨粒顆粒在混合液體中潤(rùn)濕；(b)團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力和超聲振動(dòng)作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；(C)加入分散劑聚丙乙烯酸鈉0.3%?0.6%，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用此方法制備出的磨粒腐蝕磨粒流流體濃度高、顆粒均勻、分散性好。
[0032](3)利用配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上進(jìn)行光固化成形樹脂原型件的拋光；
[0033]在磨粒流拋光設(shè)備設(shè)置流體流量為10L/min，拋光壓力為IMpa，進(jìn)行精拋20分鐘。進(jìn)一步，還可以通過(guò)改變流體溫度進(jìn)一步控制拋光效率和質(zhì)量。
[0034](4)利用去離子水或者蒸餾水對(duì)拋光后的光固化成形樹脂原型件進(jìn)行清洗。
[0035]實(shí)施例2
[0036]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，具體包括以下操作:
[0037](I)利用光固化成型機(jī)制作光固化成形樹脂原型件；
[0038](2)采用分散法配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體:
[0039]首先將13.5%的PH調(diào)節(jié)劑、15%的醇和去離子水配置混合液體，其中PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉，醇為乙醇；添加磨粒時(shí)采用分散法，通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料粉末直接分散到水中來(lái)制備磨粒腐蝕磨粒流流體:(a)磨粒顆粒在混合液體中潤(rùn)濕；(b)團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力和超聲振動(dòng)作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；(C)加入分散劑聚丙乙烯酸鈉0.5%?0.6%，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用此方法制備出的磨粒腐蝕磨粒流流體濃度高、顆粒均勻、分散性好。
[0040](3)利用配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上進(jìn)行光固化成形樹脂原型件的拋光；
[0041]在磨粒流拋光設(shè)備設(shè)置流體流量為5L/min，拋光壓力為2Mpa，進(jìn)行精拋20分鐘。進(jìn)一步，還可以通過(guò)改變流體溫度進(jìn)一步控制拋光效率和質(zhì)量。
[0042](4)利用去離子水或者蒸餾水對(duì)拋光后的光固化成形樹脂原型件進(jìn)行清洗。
[0043]實(shí)施例3
[0044]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，具體包括以下操作:
[0045](I)利用光固化成型機(jī)制作光固化成形樹脂原型件；[0046](2)采用分散法配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體:
[0047]首先將15%的PH調(diào)節(jié)劑、13.5%的醇和去離子水配置混合液體，其中PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉，醇為乙二醇；添加磨粒時(shí)采用分散法，通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料粉末直接分散到水中來(lái)制備磨粒腐蝕磨粒流流體:(a)磨粒顆粒在混合液體中潤(rùn)濕；(b)團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力和超聲振動(dòng)作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；(C)加入分散劑聚丙乙烯酸銨0.5%?0.6%，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用此方法制備出的磨粒腐蝕磨粒流流體濃度高、顆粒均勻、分散性好。
[0048](3)利用配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上進(jìn)行光固化成形樹脂原型件的拋光；
[0049]在磨粒流拋光設(shè)備設(shè)置流體流量為10L/min，拋光壓力為IMpa，進(jìn)行精拋20分鐘。進(jìn)一步，還可以通過(guò)改變流體溫度進(jìn)一步控制拋光效率和質(zhì)量。
[0050](4)利用去離子水或者蒸餾水對(duì)拋光后的光固化成形樹脂原型件進(jìn)行清洗。
[0051]實(shí)施例4
[0052]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，具體包括以下操作:
[0053](I)利用光固化成型機(jī)制作光固化成形樹脂原型件；
[0054](2)采用分散法分別配制粗拋和精拋時(shí)化學(xué)腐蝕磨粒流流體:
[0055]其中粗拋腐蝕磨粒流流體的配方為:PH調(diào)節(jié)劑13.5%、醇13.5%、磨粒為10%，分散劑0.3%，其余為去離子水，且磨粒粒徑為150?700目。
[0056]精拋腐蝕磨粒流流體的配方為:PH調(diào)節(jié)劑12%、醇12%、磨粒為20%，分散劑0.6%，其余為去離子水,且磨粒粒徑為700?1250目
[0057]首先將PH調(diào)節(jié)劑、醇和去離子水配置混合液體，其中PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉，醇為乙二醇；添加磨粒時(shí)采用分散法，通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料粉末直接分散到水中來(lái)制備磨粒腐蝕磨粒流流體:(a)磨粒顆粒在混合液體中潤(rùn)濕；(b)團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力和超聲振動(dòng)作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；(C)加入分散劑聚丙乙烯酸銨0.5%?0.6%，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用此方法制備出的磨粒腐蝕磨粒流流體濃度高、顆粒均勻、分散性好。
[0058](3)利用配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上進(jìn)行光固化成形樹脂原型件的拋光；
[0059]在磨粒流拋光設(shè)備設(shè)置流體流量為12L/min，拋光壓力為3Mpa，進(jìn)行精拋20分鐘。
[0060](4)利用去離子水或者蒸餾水對(duì)拋光后的光固化成形樹脂原型件進(jìn)行清洗。
[0061]實(shí)施例5
[0062]一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，具體包括以下操作:
[0063](I)利用光固化成型機(jī)制作光固化成形樹脂原型件；
[0064](2)采用分散法分別配制粗拋和精拋時(shí)化學(xué)腐蝕磨粒流流體:
[0065]其中粗拋腐蝕磨粒流流體的配方為:PH調(diào)節(jié)劑15%、醇15%、磨粒為15%，分散劑0.3%，其余為去離子水，且磨粒粒徑為150?700目。
[0066]精拋腐蝕磨粒流流體的配方為:PH調(diào)節(jié)劑13%、醇13%、磨粒為16%，分散劑0.6%，其余為去離子水,且磨粒粒徑為700?1250目
[0067]首先將PH調(diào)節(jié)劑、醇和去離子水配置混合液體，其中PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉，醇為乙二醇；添加磨粒時(shí)采用分散法，通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料粉末直接分散到水中來(lái)制備磨粒腐蝕磨粒流流體:(a)磨粒顆粒在混合液體中潤(rùn)濕；(b)團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力和超聲振動(dòng)作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；(C)加入分散劑聚丙乙烯酸銨0.5%?0.6%，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用此方法制備出的磨粒腐蝕磨粒流流體濃度高、顆粒均勻、分散性好。
[0068](3)利用配制化學(xué)腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上進(jìn)行光固化成形樹脂原型件的拋光；
[0069]在磨粒流拋光設(shè)備設(shè)置流體流量為12L/min，拋光壓力為3Mpa，進(jìn)行精拋20分鐘。
[0070](4)利用去離子水或者蒸餾水對(duì)拋光后的光固化成形樹脂原型件進(jìn)行清洗。
[0071]利用顯微電鏡下觀察拋光前后表面形貌，從圖1中可以看出光固化樹脂原型件的臺(tái)階效應(yīng)特別明顯，表面凹凸不平，波峰、波谷明顯可見，亮點(diǎn)處為波峰位置，而圖2中可以看出其表面平整，幾乎無(wú)峰值出現(xiàn)且紋理規(guī)則，因此表面質(zhì)量得到明顯改善。采用0U1200手持式粗糙度儀對(duì)光固化成形樹脂原型件進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，拋光前光固化成形樹脂原型件粗糙度為Ra8.0?20.0 μ m，進(jìn)行化學(xué)磨粒流拋光之后，光固化成形樹脂原型件粗糙度降低到Ra0.8 ?2 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，包括以下操作: 利用化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體在磨粒流拋光設(shè)備上對(duì)樹脂原型件拋光處理，直到使其達(dá)到表面粗糙度要求為止，然后用水對(duì)拋光后的樹脂原型件進(jìn)行清洗；以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?15%的pH調(diào)節(jié)劑，12?15%的醇，0.3?1.0%的分散劑，其余為去離子水或蒸餾水；pH為12?14.8。
2.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?13.5%的pH調(diào)節(jié)劑，12?13.5%的醇，0.3?0.6%的分散劑，其余為去離子水或蒸餾水。
3.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體的配制為: 按比例將pH調(diào)節(jié)劑、醇和水配制成混合液體，然后將磨料分散到混合液體中，并通過(guò)機(jī)械攪拌和超聲振動(dòng)將磨料團(tuán)聚體打開，使其充分分散，再加入分散劑，混勻。
4.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，在進(jìn)行拋光時(shí)，對(duì)光固化成形樹脂原型件拋光的化學(xué)磨粒流腐蝕磨粒流流體噴射壓力為0.5?3Mpa，流速為5?15L/min。
5.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，所述的磨粒為白剛玉、碳化硅、硼化硅或氧化硅中的一種或幾種，磨粒粒徑為140?1250 目。
6.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，所述的PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉，所述的醇為甲醇、乙醇或乙二醇。
7.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，所述的分散劑為聚丙乙烯酸鈉或聚丙乙烯酸銨。
8.如權(quán)利要求1所述的粗糙度可控的光固化成形樹脂原型件的拋光方法，其特征在于，將拋光分為粗拋和精拋兩道工序來(lái)進(jìn)行，其中粗拋和精拋所采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體不同: 粗拋時(shí)采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體為:10?15%的磨粒、13.5?15%的pH調(diào)節(jié)劑、13.5?15%的醇、0.3%的分散劑，其余為去離子水，磨粒粒徑為150?700目； 精拋時(shí)采用的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體為:16?20%的磨粒、12?13%的pH調(diào)節(jié)劑、12?13%的醇、0.6%的分散劑，其余為去離子水，磨粒粒徑為700?1250目。
9.一種化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體，其特征在于，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體包括:10?20%的磨粒，12?15%的pH調(diào)節(jié)劑，12?15%的醇，0.3?1.0%的分散劑，其余為去離子水或蒸懼水；pH為12?14.8。
10.如權(quán)利要求8所述的化學(xué)磨粒腐蝕磨粒流流體，其特征在于，所述的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉，所述的醇為甲醇、乙醇或乙二醇，所述的磨粒為白剛玉、碳化硅、硼化硅或氧化硅中的一種或幾種，磨粒粒徑為140?1250目，所述的分散劑為聚丙乙烯酸鈉或聚丙乙烯酸銨。
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK103433853SQ201310287668
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】魯中良, 李滌塵, 姜博 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué), 西安瑞特快速制造工程研究有限公司