一種磨粒規(guī)則排布的3d打印金剛石砂輪的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磨削加工及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于磨粒規(guī)則排布的金剛石砂輪制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著高速、精密超精密磨削技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)金剛石砂輪提出了更高的要求，陶瓷以及樹脂結(jié)合劑砂輪已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而金屬結(jié)合劑砂輪因其具有把持力強(qiáng)、結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨性好、成型性能好、壽命長(zhǎng)、磨削較大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程陶瓷、光學(xué)玻璃、硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削加工。另外，目前主要利用仿形面與工件吻合的成型砂輪磨削方法來對(duì)凸凹模零件進(jìn)行精密成型加工。因成型磨削具有高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)，但直接燒結(jié)壓制異性砂輪的制備工藝比較復(fù)雜，且成本高。因此，低成本制備任意形狀零件的3D打印技術(shù)可用于成型砂輪的制造。
[0003]在常規(guī)金剛石砂輪制備過程中，金剛石磨粒在金屬基體中隨機(jī)分布，容易產(chǎn)生金剛石磨粒偏析與聚集。金剛石磨粒隨機(jī)分布導(dǎo)致工件表面質(zhì)量不佳、磨削效率降低、工具壽命縮短等惡性循環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在充分利用3D打印技術(shù)，通過激光燒結(jié)熔融成型金屬結(jié)合劑砂輪。
[0005]在成型過程中，通過噴嘴將粉末聚集到工作面后，采用激光束對(duì)結(jié)合劑與磨粒高溫?zé)Y(jié)熔融。同時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)與噴嘴，獲得單層堆積的燒結(jié)砂輪本體，通過逐層累積增材，可以3D打印出形狀復(fù)雜的成型砂輪本體。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]所述一種磨粒規(guī)則排布的3D打印金剛石砂輪的制備方法，相關(guān)裝置主要由運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)、砂輪打印系統(tǒng)、3D打印砂輪構(gòu)成。所述運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)包括基座、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)、升降平臺(tái)、平移平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制裝置、支撐架。所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)、升降平臺(tái)、平移平臺(tái)由所述運(yùn)動(dòng)控制裝置控制進(jìn)行相應(yīng)的回轉(zhuǎn)、上下升降、左右平移的運(yùn)動(dòng)。所述基座與所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)和所述支撐架連接，所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)上安裝有砂輪基體。所述支撐架與所述平移平臺(tái)連接，所述升降平臺(tái)連接在所述平移平臺(tái)上，且所述升降平臺(tái)能在所述平移平臺(tái)上左右滑動(dòng)。所述砂輪打印系統(tǒng)包括金剛石磨粒噴嘴、傳送管1、金剛石磨粒盒、噴嘴支撐板、氣管1、氣閥1、氣閥m、氣源、氣閥π、氣管π、金屬結(jié)合劑粉末盒、傳送管π、氣管m、激光源、激光光路、激光束、結(jié)合劑噴嘴、氣流。所述金剛石磨粒噴嘴上端和所述結(jié)合劑噴嘴的上端與所述噴嘴支撐板連接。所述噴嘴支撐板與所述升降平臺(tái)下端連接，且能進(jìn)行上下的升降運(yùn)動(dòng)。所述傳送管I下端與所述噴嘴支撐板連接，上端與所述金剛石磨粒盒連接。所述氣管I 一端與所述金剛石磨粒盒連接，另一端與所述氣源連接。所述氣管π—端與所述金屬結(jié)合劑粉末盒連接，另一端與所述氣源連接。所述傳送管Π上端與所述金屬結(jié)合劑粉末盒連接，下端與所述噴嘴支撐板連接。所述激光光路的一端與所述激光源連接，另一端與所述噴嘴支撐板連接。所述氣管m—端與所述氣源連接，另一端與所述噴嘴支撐板連接。所述3D打印砂輪包括砂輪基體、金屬結(jié)合劑、金剛石磨粒。
[0007]所述一種磨粒規(guī)則排布的3D打印金剛石砂輪的制備方法，其特征在于，制備時(shí)包括如下步驟:
[0008](1).將所述砂輪基體安裝于所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)上，啟動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)控制裝置，控制所述升降平臺(tái)的上下升降和所述平移平臺(tái)的左右水平運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)所述結(jié)合劑噴嘴與所述砂輪基體的距離。控制所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而由所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)所述砂輪基體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0009](2).啟動(dòng)所述氣源，打開氣閥I，關(guān)閉氣閥Π和氣閥m，將一定壓力的氣體通過所述氣管Π將所述金屬結(jié)合劑粉末盒中的金屬結(jié)合劑粉末壓入傳送管Π，進(jìn)入所述噴嘴支撐板，并通過所述結(jié)合劑噴嘴使所述金屬結(jié)合劑粉末均勻噴到旋轉(zhuǎn)的砂輪基體上。同時(shí)啟動(dòng)所述激光源，所述激光束通過所述激光光路進(jìn)入所述結(jié)合劑噴嘴，并對(duì)砂輪基體上的金屬結(jié)合劑粉末進(jìn)行燒結(jié)熔化，實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合劑增材加工。砂輪基體轉(zhuǎn)動(dòng)一周后停止，所述砂輪基體表面形成一層均勻的金屬結(jié)合劑層；
[0010](3).關(guān)閉所述激光源，關(guān)閉所述氣閥I;
[0011](4).控制所述升降平臺(tái)沿所述水平平臺(tái)進(jìn)行水平移動(dòng)，帶動(dòng)所述噴嘴支撐板及所述結(jié)合劑噴嘴進(jìn)行水平移動(dòng)，當(dāng)所述金剛石磨粒噴嘴移至所述砂輪基體上方時(shí)，停止移動(dòng)；
[0012](5).關(guān)閉所述氣閥I和所述氣閥Π，打開所述閥門m，將一定壓力的氣體通過所述氣管I將所述金剛石磨粒盒中的金剛石磨粒壓入所述傳送管I，進(jìn)入所述噴嘴支撐板，并通過所述金剛石磨粒噴嘴將金剛石磨粒均勻噴散在步驟(2)的金屬結(jié)合劑表面，砂輪基體轉(zhuǎn)動(dòng)一周后停止，所述金屬結(jié)合劑表面形成一層均勻的金剛石磨粒；
[0013](6).關(guān)閉所述氣閥m;
[0014](7).控制所述升降平臺(tái)沿所述水平平臺(tái)進(jìn)行水平移動(dòng)，帶動(dòng)所述噴嘴支撐板及所述結(jié)合劑噴嘴進(jìn)行水平移動(dòng)，當(dāng)所述結(jié)合劑噴嘴移至所述砂輪基體上方時(shí)，停止移動(dòng)；
[0015](8).啟動(dòng)所述激光源，同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制裝置控制所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)、所述升降平臺(tái)和所述水平平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。所述激光束通過所述激光光路進(jìn)入所述結(jié)合劑噴嘴，在所述運(yùn)動(dòng)控制裝置控制下對(duì)預(yù)先均勻布在砂輪表面結(jié)合劑層上的金剛石磨粒按照規(guī)定的排布要求掃描燒結(jié)到砂輪結(jié)合劑，砂輪基體的轉(zhuǎn)動(dòng)一周后停止；
[0016](9).關(guān)閉所述激光源，打開所述氣閥Π，一定壓力的氣體通過所述氣管m，進(jìn)入所述噴嘴支撐板，并通過所述結(jié)合劑噴嘴吹出，吹掉未被激光掃描燒結(jié)到的磨粒，砂輪基體轉(zhuǎn)動(dòng)一周后獲得單層磨粒規(guī)則排布的金剛石砂輪層；
[0017](10).關(guān)閉所述氣閥Π;
[0018](11).從步驟(2)開始重復(fù)上面步驟；
[0019](12).通過這種方法逐層增材累加，可得到多層磨粒規(guī)則排布的3D打印金剛石砂輪。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]所述一種3D打印金剛石砂輪金剛石磨粒規(guī)則排布方法，使磨粒在砂輪中按規(guī)則排布，此類砂輪在磨削時(shí)，加工的表面質(zhì)量高、磨削效率高、磨削力均勻，砂輪的壽命得以延長(zhǎng)。且異型砂輪的制備工藝得到簡(jiǎn)化、平臺(tái)搭建方便、操作簡(jiǎn)便。
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明所述金屬結(jié)合劑3D打印示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明所述金剛石磨粒均勻噴射示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明所述金剛石磨粒掃描燒結(jié)示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明氣吹多余磨粒的示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明磨粒規(guī)則排布的示意圖；
[0029]在圖中:
[0030]1.運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)
[0031 ] 11 一基座，12—回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)，13—平移平臺(tái)，14一升降平臺(tái)，15—運(yùn)動(dòng)控制裝置，16—支撐架；
[0032]2.砂輪打印系統(tǒng)
[0033]201—金剛石磨粒噴嘴，202—傳送管I，203—金剛石磨粒盒，204—噴嘴支撐板，205—?dú)夤躀，206—?dú)忾yI，207—?dú)忾yΙΠ，208—?dú)庠矗?09—?dú)忾yΠ，210—?dú)夤堞埃?11—金屬結(jié)合劑粉末盒，212—傳送管Π，213—?dú)夤堞│埃?14—激光源，215—激光光路，216—激光束，217—結(jié)合劑噴嘴，218—?dú)饬鳎?br>[0034]3.3D打印砂輪
[0035]31—砂輪基體，32—金屬結(jié)合劑，33—金剛石磨粒。
【具體實(shí)施方式】
[0036]所述一種磨粒規(guī)則排布的3D打印金剛石砂輪的制備方法，相關(guān)裝置主要由運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)(1)、砂輪打印系統(tǒng)(2)、3D打印砂輪(3)構(gòu)成。所述運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)(1)包括基座(11)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)(12)、升降平臺(tái)(13)、平移平臺(tái)(14)、運(yùn)動(dòng)控制裝置(15)、支撐架(16)。所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)(12)、升降平臺(tái)(13)、平移平臺(tái)(14)由所述運(yùn)動(dòng)控制裝置(15)控制進(jìn)行相應(yīng)的回轉(zhuǎn)、上下升降、左右平移的運(yùn)動(dòng)。所述基座(11)與所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)(12)和所述支撐架(16)連接，所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)(12)上安裝有砂輪基體(31)。所述支撐架(16)與所述平移平臺(tái)(14)連接，所述升降平臺(tái)(13)連接在所述平移平臺(tái)(14)上，且所述升降平臺(tái)(13)能在所述平移平臺(tái)
(14)上左右滑動(dòng)。所述砂輪打印系統(tǒng)(2)包括金剛石磨粒噴嘴(201)、傳送管1(202)、金剛石磨粒盒(203),噴嘴支撐板(204)、氣管I (205)、氣閥I (206)、氣閥ΙΠ (207)、氣源(208)、氣閥Π (209)、氣管Π (210)、金屬結(jié)合劑粉末盒(211)、傳送管Π (212)、氣管ΙΠ (213)、激光源(214)、激光光路(215)、激光束(216)、結(jié)合劑噴嘴(217)、氣流(218)。所述金剛石磨粒噴嘴(201)上端和所述結(jié)合劑噴嘴(215)的上端與所述噴嘴支撐板(204)連接。所述噴嘴支撐板(204)與所述升降平臺(tái)(13)下端連接，且能進(jìn)行上下的升降運(yùn)動(dòng)。所述傳送管1(202)下端與所述噴嘴支撐板(204)連接，上端與所述金剛石磨粒盒(203)連接。所述氣管1(205)—端與所述金剛石磨粒盒(203)連接，另一端與所述氣源(206)連接。所述氣管Π (210)—端與所述金屬結(jié)合劑粉末盒(211)連接，另一端與所述氣源(208)連接。所述傳送管Π