一种基于3D打印的金刚石磨轮机构

摘要

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。

权利要求

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。

说明书

一种基于3D打印的金刚石磨轮机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于3D打印的金刚石磨轮机构。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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

[0015] 图1为本发明第一实施例的装配结构示意图。

[0016] 图2为本发明第一实施例的制得产品结构示意图。

[0017] 图3、图4为现有技术的分齿焊接式磨边轮结构示意图。

[0018] 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

[0019] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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。

[0025] 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。

[0026] 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。

[0027] 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。

[0028] 其工作步骤如下：

[0029] 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；

[0030] 二、铺粉组件根据设定程序逐层铺金属粉末；

[0031] 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；

[0032] 四、连续完成一次选区熔覆后，基体工作层2下降工作高度；

[0033] 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。

[0034] 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。