本發(fā)明涉及金屬三維打印技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能夠?qū)崿F(xiàn)打印制品的表面質(zhì)量在線測(cè)量以及表面精加工的設(shè)備及加工方法。

背景技術(shù)：

3D打印作為一種增材制造工藝，具有節(jié)省空間、節(jié)省原料等優(yōu)點(diǎn)，成為人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，其打印材料也在不斷拓寬，金屬材料即是3D打印的一個(gè)方向。目前金屬材料的3D打印方法主要包括激光燒結(jié)成型(SLS)、熔融沉積成型(FDM)、電子束快速成型等形式，激光燒結(jié)成型是指以激光為熱源對(duì)粉末壓坯進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)，熔融沉積成型是利用高溫將材料融化成熔融態(tài)，通過(guò)打印單元擠出后固化，最后分層在立體空間上排列形成三維實(shí)體的技術(shù)，電子束快速成型技術(shù)與熔融沉積成型類(lèi)似，用電子束作為熱源可以完成金屬材料的熔融成型，這些方法作為增材制造工藝，雖然具備3D打印普適的優(yōu)點(diǎn)，但均存在密實(shí)度不高、表面質(zhì)量不高、制品較粗糙等缺陷。

電刷鍍技術(shù)是一種金屬表面工程應(yīng)用技術(shù)，其原理是借助電化學(xué)方法，以充滿鍍液的鍍筆為陽(yáng)極，工件為負(fù)極，使金屬離子在工件表面上放電結(jié)晶，最終形成金屬覆蓋層。該技術(shù)在軍用、民用的金屬設(shè)備修復(fù)工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在金屬增材制造領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

為解決常規(guī)金屬3D打印技術(shù)存在的制品不夠密實(shí)、表面質(zhì)量不高的缺點(diǎn)，本發(fā)明結(jié)合3D打印、電刷鍍技術(shù)以及在線精密測(cè)量技術(shù)，特提出一種3D打印增材制造精加工方法及設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有的金屬3D打印存在的密實(shí)度不高、表面質(zhì)量不高、制品較粗糙等缺陷，提供了一種3D打印增材制造精加工設(shè)備及方法，適用于金屬材料的3D打印、表面測(cè)量及精加工，能夠顯著提高制品的表面質(zhì)量和密實(shí)度。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：3D打印增材制造精加工設(shè)備，由機(jī)架系統(tǒng)、3D打印單元、電刷鍍單元和工作臺(tái)組成，其中：

機(jī)架系統(tǒng)由滑塊、X方向?qū)к墶方向?qū)к壓蚙方向?qū)к壗M成，滑塊安裝在Y方向?qū)к壣希琘方向?qū)к壈惭b在X方向?qū)к壣?，X方向?qū)к壈惭b在Z方向?qū)к壣希虼俗罱K滑塊可以實(shí)現(xiàn)三軸向運(yùn)動(dòng)；

3D打印單元采用電子束快速成型技術(shù)，由電子束發(fā)射單元、送絲裝置和3D打印頭等組成，3D打印單元安裝在滑塊的導(dǎo)軌上，可以在滑塊的導(dǎo)軌上沿Z方向上下運(yùn)動(dòng)，由于滑塊可以實(shí)現(xiàn)三軸向運(yùn)動(dòng)，因此打印單元能在三維空間進(jìn)行逐層打印；

電刷鍍單元由電鍍液輸送裝置和電鍍筆組成，電鍍筆中內(nèi)置表面質(zhì)量光學(xué)測(cè)量傳感器，電鍍筆也安裝在滑塊上，與3D打印單元并列布置，可沿滑塊的導(dǎo)軌做Z方向的上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能隨滑塊做三軸向的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)三維電刷鍍；

工作臺(tái)中間設(shè)有導(dǎo)電貼片，與制件緊密貼合，在電刷鍍過(guò)程中制件連接負(fù)極，電鍍筆連接正極，當(dāng)控制系統(tǒng)給出電鍍信號(hào)時(shí)，電鍍開(kāi)始。

本發(fā)明3D打印增材制造精加工設(shè)備具體的工作過(guò)程為：第一步，計(jì)算機(jī)對(duì)制品的三維模型進(jìn)行切片處理；第二步，3D打印單元進(jìn)行逐層打印，每層打印完畢后，控制系統(tǒng)給出信號(hào)，3D打印單元沿滑塊上的導(dǎo)軌向上后退，電鍍單元沿滑塊上的導(dǎo)軌向下前進(jìn)，開(kāi)始對(duì)該層的表面質(zhì)量進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，當(dāng)檢測(cè)到某處存在凹坑時(shí)，將信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制電鍍單元與電源正極連通，制件與電源負(fù)極連通，電鍍筆開(kāi)始對(duì)凹坑進(jìn)行填補(bǔ)，填補(bǔ)完畢后繼續(xù)檢測(cè)填補(bǔ)，直到該層的凹坑全部修復(fù)完畢；第三步，繼續(xù)下一層的打印，采用此方案由于每層的精度都得到了保證，制品的致密程度大大提高；第四步，整體打印完畢后，再用電刷鍍單元進(jìn)行表面質(zhì)量的修復(fù)。得到最終的制品。

本發(fā)明3D打印增材制造精加工方法，其方案二是，在上述第二步和第三步中省去凹坑修復(fù)操作，只是在制品最終打印完成后用電刷鍍單元進(jìn)行表面質(zhì)量的修復(fù)，當(dāng)對(duì)制品力學(xué)性能要求不高，但需要較高的表面質(zhì)量時(shí)可采用此方案，制備效率得到提高。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明3D打印增材制造精加工設(shè)備及其加工方法，其電刷鍍單元能夠根據(jù)控制系統(tǒng)給定的信號(hào)，在表面粗糙的地方實(shí)施電鍍，利用金屬離子放電結(jié)晶來(lái)填補(bǔ)細(xì)小的凹坑(精加工)，使得表面質(zhì)量得到優(yōu)化，制件密實(shí)度得到提高。

本發(fā)明的粗精加工均屬于增材制造，與傳統(tǒng)3D打印的金屬零件精加工方法相比(打磨、拋光)，本發(fā)明極大地節(jié)省了原料，在打印鈦合金等貴重金屬時(shí)極具成本效益。

本發(fā)明3D打印增材制造精加工方法及設(shè)備，自動(dòng)化程度高，打印、測(cè)量及電鍍均由控制系統(tǒng)控制，粗精加工一氣呵成，成型速度快，制品精度高，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明3D打印增材制造精加工設(shè)備示意圖

圖2為本發(fā)明3D打印增材制造精加工方法中的電刷鍍精加工原理圖。

圖中：1.機(jī)架系統(tǒng)；2.3D打印單元；3.電刷鍍單元；4.工作臺(tái)，1-1.滑塊，1-2.X方向?qū)к墸?-3.Y方向?qū)к墸?-4.Z方向?qū)к墸?-1.金屬絲材，2-2.電子束發(fā)射單元，2-3.送絲裝置，2-4.3D打印頭；3-1.電鍍液輸送裝置，3-2.電鍍筆；4-1.導(dǎo)電貼片，4-2.工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種3D打印增材制造精加工設(shè)備，如圖1所示，由機(jī)架系統(tǒng)1、3D打印單元2、電刷鍍單元3和工作臺(tái)4組成，其中：

機(jī)架系統(tǒng)1由滑塊1-1、X方向?qū)к?-2、Y方向?qū)к?-3和Z方向?qū)к?-4組成，滑塊1-1安裝在Y方向?qū)к?-3上，Y方向?qū)к?-3安裝在X方向?qū)к?-2上，X方向?qū)к?-2安裝在Z方向?qū)к?-4上，因此最終滑塊1-1可以實(shí)現(xiàn)三軸向運(yùn)動(dòng)。

3D打印單元2采用電子束快速成型技術(shù)，如圖2所示，由金屬絲材2-1、電子束發(fā)射單元2-2、送絲裝置2-3和3D打印頭2-4等組成，3D打印單元2安裝在滑塊1-1的導(dǎo)軌上，可以在滑塊1-1的導(dǎo)軌上沿Z方向上下運(yùn)動(dòng)，由于滑塊1-1可以實(shí)現(xiàn)三軸向運(yùn)動(dòng)，因此3D打印單元2能在三維空間進(jìn)行逐層打印。

如圖2所示，電刷鍍單元3由電鍍液輸送裝置3-1和電鍍筆3-2組成，電鍍筆3-2中內(nèi)置表面質(zhì)量光學(xué)測(cè)量傳感器，電刷鍍單元3也安裝在滑塊1-1上，與3D打印單元2并列布置，可沿滑塊1-1的導(dǎo)軌做Z方向的上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能隨滑塊1-1做三軸向的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)三維電鍍。

如圖1所示，工作臺(tái)4中間設(shè)有導(dǎo)電貼片4-1，與制件緊密貼合，在電刷鍍過(guò)程中制件連接負(fù)極，電鍍筆3-2連接正極，當(dāng)控制系統(tǒng)給出電鍍信號(hào)時(shí)，電鍍開(kāi)始。

本發(fā)明3D打印增材制造精加工方法具體的工作過(guò)程為：計(jì)算機(jī)對(duì)制品的三維模型的進(jìn)行切片處理后，3D打印單元3開(kāi)始工作，根據(jù)需求完成兩種精加工方案，其一，3D打印單元3進(jìn)行逐層打印，每層打印完畢后，控制系統(tǒng)給出信號(hào)，3D打印單元2沿滑塊1-1上的導(dǎo)軌向上后退，電刷鍍單元3沿滑塊1-1上的導(dǎo)軌向下前進(jìn)，開(kāi)始對(duì)該層的表面質(zhì)量進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，當(dāng)檢測(cè)到某處存在凹坑時(shí)，將信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制電刷鍍單元3與電源正極連通，制件與電源負(fù)極連通，電鍍筆3-2開(kāi)始對(duì)凹坑進(jìn)行填補(bǔ)，填補(bǔ)完畢后繼續(xù)檢測(cè)填補(bǔ)，直到該層的凹坑全部修復(fù)完畢再對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行進(jìn)一步的刷鍍，然后開(kāi)始下一層的打印，采用此方案由于每層的精度都得到了保證，制品的致密程度大大提高；方案二則是待3D打印單元2將制件打印完畢之后再用電刷鍍單元3進(jìn)行表面質(zhì)量的修復(fù)，當(dāng)對(duì)制品力學(xué)性能要求不高，但需要較高的表面質(zhì)量時(shí)可采用此方案，精加工后的制件表面如圖2所示，A部分為3D打印完畢后的制件，B部分是電刷鍍形成的結(jié)晶部分，可見(jiàn)精加工后制件的表面質(zhì)量得到了很好的改善。

以上所述為本發(fā)明的具體設(shè)備及工藝情況，配合各圖予以說(shuō)明。但是本發(fā)明并不局限于以上所述的具體設(shè)備及工藝過(guò)程，任何基于上述所說(shuō)的對(duì)于相關(guān)設(shè)備修改或替換，任何基于上述所說(shuō)的對(duì)于相關(guān)工藝的局部調(diào)整，只要在本發(fā)明的精神領(lǐng)域范圍內(nèi)，均屬于本發(fā)明。