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CN106938335B - 一种基于3d打印的金刚石磨轮机构 - Google Patents

一种基于3d打印的金刚石磨轮机构 Download PDF

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CN106938335B CN201710218589.6A CN201710218589A CN106938335B CN 106938335 B CN106938335 B CN 106938335B CN 201710218589 A CN201710218589 A CN 201710218589A CN 106938335 B CN106938335 B CN 106938335B
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Abstract

一种基于3D打印的金刚石磨轮机构,包括计算机三维建模机、打印机台和激光发生组件,打印机台上设置有铺粉组件,送粉组件和基体工作层;其中,基体工作层为三明治式结构;计算机三维建模机设计出待制品的三维实体模型,并计算出激光发生组件的工作路径;铺粉组件设置在打印机台的一侧、且对基体工作层进行铺粉;送粉组件与铺粉组件配合连接、且对铺粉组件进行送粉操作;激光发生装置设置在打印机台上、且根据工作路径将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆。本发明通过上述结构的改良,具有简单合理、性能优异、生产自动化、绿色化、消耗小且安全可靠等特点,实用性强。

Description

一种基于3D打印的金刚石磨轮机构
技术领域
本发明涉及一种基于3D打印的金刚石磨轮机构。
背景技术
金刚石磨轮主要用于修正瓷砖四边的垂直度并获得设定的尺寸,是各种大规格陶瓷水晶砖、瓷质砖、抛光砖磨边的必需工具。传统金刚石磨轮分为分齿焊接式磨边轮、整体连续式磨边轮,二者在结构上基本相同。
如图3、4所示,分齿焊接式磨边轮是先将金刚石磨料与金属结合剂混合,通过热压烧结制成金刚石节块,然后以一定的排列方式焊接于钢基体平面最外沿的浅槽内,节与节之间设置间隙。这种磨边轮便于排屑,散热良好,但其生产工序繁杂,产品性能稳定性差,较弱的焊接强度不仅严重制约了其在干法高速磨削加工中的应用,还容易造成“飞刀头”伤人事故。
如图5、6所示,整体连续式磨边轮,是将冷压好的金刚石预烧节块,直接排列在钢基体上,模具组装完成后,入炉烧结。此种磨边轮省去了焊接工序,刀头与基体结合强度良好,主要用于墙地砖干法磨边加工。但由于其整体式刀头结构不利于排屑,磨削热难以转移,容易造成烧刀和黑边现象,亦难以满足新型加工技术的要求。近年来,相关研究单位引入易磨损的陶瓷片,主动设计排屑通道,磨轮的排屑、散热性能有了一定提高,但其制造工艺趋于复杂,生产效率低,性价比不高。
为此,相关技术人员研究了快速成形(Rapid Prototyping)技术,该技术兴起于20世纪90年代,是集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体的零件原型制造技术。不同于传统的去除材料制造零件的方法,快速成形技术是依靠CAD软件,在计算机中建立三维实体模型,并将其离散化成一系列平面几何信息,通过控制激光束或电子束等热源的扫描方向和速度,采用粘结、烧结、聚合或化学与反应等手段逐层有选择的加工原材料,从而快速堆积出实体模型的增材制造方法。目前常用的快速成形方法有:熔融沉积制造(FDM)、光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、选区激光熔融烧结(SLS)、三维打印(3DP)。近年来,还出现了LENS技术,它采用中、大功率激光熔化同步供给的金属粉末,按照预设轨道逐层沉积在基本上。费群星等采用LENS工艺获得了无变形的Ni-Cu-Sn合金样,这些方法一般采用光敏树脂、塑料薄膜、尼龙、金属或陶瓷粉末作为成形材料,因此只能制造相应材料的金属或非金属零件,在金属结合剂金刚石制品领域的应用鲜有报道。因此,有必要再进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种简单合理、性能优异、生产自动化、绿色化、消耗小且安全可靠的基于3D打印的金刚石磨轮机构,以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种基于3D打印的金刚石磨轮机构,包括计算机三维建模机、打印机台和激光发生组件,其特征在于:打印机台上设置有铺粉组件,送粉组件和基体工作层;其中,基体工作层为三明治式结构;计算机三维建模机设计出待制品的三维实体模型,并计算出激光发生组件的工作路径;铺粉组件设置在打印机台的一侧、且对基体工作层进行铺粉;送粉组件与铺粉组件配合连接、且对铺粉组件进行送粉操作;激光发生装置设置在打印机台上、且根据工作路径将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆。
所述基体工作层的两外侧为硬度高、耐磨性强的A工作层,两个A工作层之间为耐磨性弱的B工作层,基体工作层的总层数为2N+1层,其中N为奇数。
所述激光发生组件包括激光器和三维偏转镜;其中,激光器设置在打印机台的一侧,三维偏转镜置于基体工作层的上方,并根据工作路径反射激光器产生的激光、且将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆。
所述铺粉组件包括X轴铺粉器和Y轴铺粉器,X轴铺粉器和Y轴铺粉器分别设置在打印机台的一侧、且分别对基体工作层的X轴方向和Y轴方向进行铺粉。
所述送粉组件包括X轴送粉缸和Y轴送粉缸;其中,X轴送粉缸设置在X轴铺粉器的下方、且对X轴铺粉器进行送粉操作,Y轴送粉缸设置在Y轴铺粉器的下方、且对Y轴铺粉器进行送粉操作。
所述打印机台上还设置有集粉缸,集粉缸设置在打印机台的下方、且对基体工作层上多余的粉进行集粉操作。
所述打印机台上还设置有Z轴活塞,Z轴活塞设置在基体工作层的下方、且在激光发生装置完成一层熔覆工作时将基体工作层下降工作高度。
本发明通过上述结构的改良,基体工作层不再是化学组成均匀、耐磨性一致的单层烧结体,而是耐磨性存在明显差异的多层烧结体,其中耐磨性可通过改变磨料或者结合剂粉末来调节,由于不同层耐磨性存在差异,其磨耗速率也会不同,磨轮刀头面便会出现均匀相间的环形槽结构,环形槽结构既是磨轮的快速排屑通道,也可成为磨削热的快速转移通道。工作时,首先利用计算机三维建模机设计出待制品的三维实体模型,同时得到激光发生组件的工作路径,铺粉组件根据程序逐层铺粉,随后激光发生组件根据工作路径将铺粉组件的铺粉层进行一次熔覆,基体工作层完成一次熔覆后下降工作高度,然后重复进行铺粉操作、逐层熔覆,直至整个制品全部烧结完成。其自动化生产程度高,可实现标准化操作,还有效地提高了产品的质量稳定性,同时制得的产品可应用于建筑陶瓷磨削加工、矿山开发、石油开采等领域,可最大限度发挥其材料设计与结构设计的组合优势,加工过程磨轮散热快、性能稳定,特别适用于干式深加工行业。其具有简单合理、性能优异、生产自动化、绿色化、消耗小且安全可靠等特点,实用性强。
附图说明
图1为本发明第一实施例的装配结构示意图。
图2为本发明第一实施例的制得产品结构示意图。
图3、图4为现有技术的分齿焊接式磨边轮结构示意图。
图5、图6为现有技术的整体连续式磨边轮结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2,本基于3D打印的金刚石磨轮机构,包括计算机三维建模机、打印机台1和激光发生组件,打印机台1上设置有铺粉组件,送粉组件和基体工作层2;其中,基体工作层2为三明治式结构;计算机三维建模机设计出待制品的三维实体模型,并计算出激光发生组件的工作路径;铺粉组件设置在打印机台1的一侧、且对基体工作层2进行铺粉;送粉组件与铺粉组件配合连接、且对铺粉组件进行送粉操作;激光发生装置设置在打印机台1上、且根据工作路径将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆。
进一步地讲,基体工作层2的两外侧为硬度高、耐磨性强的A工作层11,两个A工作层11之间为耐磨性弱的B工作层12,基体工作层2的总层数为2N+1层,其中N为奇数。
具体地讲,基体工作层不再是化学组成均匀、耐磨性一致的单层烧结体,而是耐磨性存在明显差异的多层烧结体,其类似于三明治结构,两外侧为硬度高、耐磨性强的A工作层11,两个A工作层11之间为耐磨性较弱的B工作层12,具体结构可简化为ABA、ABABA、ABABABA等,总层数为2N+1,其中N=1、2、3、4等奇数。其中耐磨性可通过改变磨料或者结合剂粉末来调节,由于不同层耐磨性存在差异,其磨耗速率也会不同,磨轮刀头面便会出现均匀相间的环形槽结构,如图2所示,产品上形成有环形槽13,该环形槽13既是磨轮的快速排屑通道,也可成为磨削热的快速转移通道。
进一步地讲,激光发生组件包括激光器3和三维偏转镜4;其中,激光器3设置在打印机台1的一侧,三维偏转镜4置于基体工作层2的上方,并根据工作路径反射激光器3产生的激光、且将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆。
进一步地讲,铺粉组件包括X轴铺粉器5和Y轴铺粉器6,X轴铺粉器5和Y轴铺粉器6分别设置在打印机台1的一侧、且分别对基体工作层2的X轴方向和Y轴方向进行铺粉。
进一步地讲,送粉组件包括X轴送粉缸7和Y轴送粉缸8;其中,X轴送粉缸7设置在X轴铺粉器5的下方、且对X轴铺粉器5进行送粉操作,Y轴送粉缸8设置在Y轴铺粉器6的下方、且对Y轴铺粉器6进行送粉操作。
进一步地讲,打印机台1上还设置有集粉缸9,集粉缸9设置在打印机台1的下方、且对基体工作层2上多余的粉进行集粉操作。
进一步地讲,打印机台1上还设置有Z轴活塞10,Z轴活塞10设置在基体工作层2的下方、且在激光发生装置完成一层熔覆工作时将基体工作层2下降工作高度。
其工作步骤如下:
一、首先在计算机三维建模机上设计出待制品的三维实体模型,得到各截面的轮廓数据,由轮廓数据生成激光发生组件的扫描路径;
二、铺粉组件根据设定程序逐层铺金属粉末;
三、激光发生组件根据扫描路径,控制激光束选区熔化金属粉末材料;
四、连续完成一次选区熔覆后,基体工作层2下降工作高度;
五、重复进行铺粉操作、逐层熔覆,直至整个制品全部烧结完成。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于3D打印的金刚石磨轮机构,包括计算机三维建模机、打印机台(1)和激光发生组件,打印机台(1)上设置有铺粉组件,送粉组件和基体工作层(2);其中,基体工作层(2)为三明治式结构;计算机三维建模机设计出待制品的三维实体模型,并计算出激光发生组件的工作路径;铺粉组件设置在打印机台(1)的一侧、且对基体工作层(2)进行铺粉;送粉组件与铺粉组件配合连接、且对铺粉组件进行送粉操作;激光发生装置设置在打印机台(1)上、且根据工作路径将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆;
其特征在于:所述基体工作层(2)的两外侧为硬度高、耐磨性强的A工作层(11),两个A工作层(11)之间为耐磨性弱的B工作层(12),基体工作层(2)的总层数为2N+1层,其中N为奇数;
所述激光发生组件包括激光器(3)和三维偏转镜(4);其中,激光器(3)设置在打印机台(1)的一侧,三维偏转镜(4)置于基体工作层(2)的上方,并根据工作路径反射激光器(3)产生的激光、且将铺粉组件的铺粉层逐层熔覆;
所述铺粉组件包括X轴铺粉器(5)和Y轴铺粉器(6),X轴铺粉器(5)和Y轴铺粉器(6)分别设置在打印机台(1)的一侧、且分别对基体工作层(2)的X轴方向和Y轴方向进行铺粉。
2.根据权利要求1所述基于3D打印的金刚石磨轮机构,其特征在于:所述送粉组件包括X轴送粉缸(7)和Y轴送粉缸(8);其中,X轴送粉缸(7)设置在X轴铺粉器(5)的下方、且对X轴铺粉器(5)进行送粉操作,Y轴送粉缸(8)设置在Y轴铺粉器(6)的下方、且对Y轴铺粉器(6)进行送粉操作。
3.根据权利要求2所述基于3D打印的金刚石磨轮机构,其特征在于:所述打印机台(1)上还设置有集粉缸(9),集粉缸(9)设置在打印机台(1)的下方、且对基体工作层(2)上多余的粉进行集粉操作。
4.根据权利要求1-3任一项所述基于3D打印的金刚石磨轮机构,其特征在于:所述打印机台(1)上还设置有Z轴活塞(10),Z轴活塞(10)设置在基体工作层(2)的下方、且在激光发生装置完成一层熔覆工作时将基体工作层(2)下降工作高度。
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