一種磨粒規(guī)則排布的3d打印金剛石砂輪的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于磨削加工及3D打印技術領域，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】
[0002]近年來，隨著高速、精密超精密磨削技術的快速發(fā)展，對金剛石砂輪提出了更高的要求，陶瓷以及樹脂結合劑砂輪已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而金屬結合劑砂輪因其具有把持力強、結合強度高、耐磨性好、成型性能好、壽命長、磨削較大等特點，廣泛應用于工程陶瓷、光學玻璃、硬質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凸凹模零件進行精密成型加工。因成型磨削具有高精度、高效率的優(yōu)點，但直接燒結壓制異性砂輪的制備工藝比較復雜，且成本高。因此，低成本制備任意形狀零件的3D打印技術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分布，容易產(chǎn)生金剛石磨粒偏析與聚集。金剛石磨粒隨機分布導致工件表面質量不佳、磨削效率降低、工具壽命縮短等惡性循環(huán)。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在充分利用3D打印技術，通過激光燒結熔融成型金屬結合劑砂輪。
[0005]在成型過程中，通過噴嘴將粉末聚集到工作面后，采用激光束對結合劑與磨粒高溫燒結熔融。同時移動工作臺與噴嘴，獲得單層堆積的燒結砂輪本體，通過逐層累積增材，可以3D打印出形狀復雜的成型砂輪本體。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[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，相關裝置主要由運動控制平臺、砂輪打印系統(tǒng)、3D打印砂輪構成。所述運動控制平臺包括基座、回轉運動臺、升降平臺、平移平臺、運動控制裝置、支撐架。所述回轉運動臺、升降平臺、平移平臺由所述運動控制裝置控制進行相應的回轉、上下升降、左右平移的運動。所述基座與所述回轉運動臺和所述支撐架連接，所述回轉運動臺上安裝有砂輪基體。所述支撐架與所述平移平臺連接，所述升降平臺連接在所述平移平臺上，且所述升降平臺能在所述平移平臺上左右滑動。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、金屬結合劑粉末盒、傳送管π、氣管m、激光源、激光光路、激光束、結合劑噴嘴、氣流。所述金剛石磨粒噴嘴上端和所述結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下端連接，且能進行上下的升降運動。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，制備時包括如下步驟:
[0008](1).將所述砂輪基體安裝于所述回轉運動臺上，啟動所述運動控制裝置，控制所述升降平臺的上下升降和所述平移平臺的左右水平運動，調節(jié)所述結合劑噴嘴與所述砂輪基體的距離。控制所述回轉運動臺轉動，從而由所述回轉運動臺帶動所述砂輪基體轉動；
[0009](2).啟動所述氣源，打開氣閥I，關閉氣閥Π和氣閥m，將一定壓力的氣體通過所述氣管Π將所述金屬結合劑粉末盒中的金屬結合劑粉末壓入傳送管Π，進入所述噴嘴支撐板，并通過所述結合劑噴嘴使所述金屬結合劑粉末均勻噴到旋轉的砂輪基體上。同時啟動所述激光源，所述激光束通過所述激光光路進入所述結合劑噴嘴，并對砂輪基體上的金屬結合劑粉末進行燒結熔化，實現(xiàn)金屬結合劑增材加工。砂輪基體轉動一周后停止，所述砂輪基體表面形成一層均勻的金屬結合劑層；
[0010](3).關閉所述激光源，關閉所述氣閥I;
[0011](4).控制所述升降平臺沿所述水平平臺進行水平移動，帶動所述噴嘴支撐板及所述結合劑噴嘴進行水平移動，當所述金剛石磨粒噴嘴移至所述砂輪基體上方時，停止移動；
[0012](5).關閉所述氣閥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)的金屬結合劑表面，砂輪基體轉動一周后停止，所述金屬結合劑表面形成一層均勻的金剛石磨粒；
[0013](6).關閉所述氣閥m;
[0014](7).控制所述升降平臺沿所述水平平臺進行水平移動，帶動所述噴嘴支撐板及所述結合劑噴嘴進行水平移動，當所述結合劑噴嘴移至所述砂輪基體上方時，停止移動；
[0015](8).啟動所述激光源，同時運動控制裝置控制所述回轉運動臺、所述升降平臺和所述水平平臺進行運動。所述激光束通過所述激光光路進入所述結合劑噴嘴，在所述運動控制裝置控制下對預先均勻布在砂輪表面結合劑層上的金剛石磨粒按照規(guī)定的排布要求掃描燒結到砂輪結合劑，砂輪基體的轉動一周后停止；
[0016](9).關閉所述激光源，打開所述氣閥Π，一定壓力的氣體通過所述氣管m，進入所述噴嘴支撐板，并通過所述結合劑噴嘴吹出，吹掉未被激光掃描燒結到的磨粒，砂輪基體轉動一周后獲得單層磨粒規(guī)則排布的金剛石砂輪層；
[0017](10).關閉所述氣閥Π;
[0018](11).從步驟(2)開始重復上面步驟；
[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，加工的表面質量高、磨削效率高、磨削力均勻，砂輪的壽命得以延長。且異型砂輪的制備工藝得到簡化、平臺搭建方便、操作簡便。
[0022]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一種實施例結構示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明所述金屬結合劑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.運動控制平臺
[0031 ] 11 一基座，12—回轉運動臺，13—平移平臺，14一升降平臺，15—運動控制裝置，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—氣管I，206—氣閥I，207—氣閥ΙΠ，208—氣源，209—氣閥Π，210—氣管Π，211—金屬結合劑粉末盒，212—傳送管Π，213—氣管ΙΠ，214—激光源，215—激光光路，216—激光束，217—結合劑噴嘴，218—氣流，
[0034]3.3D打印砂輪
[0035]31—砂輪基體，32—金屬結合劑，33—金剛石磨粒。
【具體實施方式】
[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，相關裝置主要由運動控制平臺(1)、砂輪打印系統(tǒng)(2)、3D打印砂輪(3)構成。所述運動控制平臺(1)包括基座(11)、回轉運動臺(12)、升降平臺(13)、平移平臺(14)、運動控制裝置(15)、支撐架(16)。所述回轉運動臺(12)、升降平臺(13)、平移平臺(14)由所述運動控制裝置(15)控制進行相應的回轉、上下升降、左右平移的運動。所述基座(11)與所述回轉運動臺(12)和所述支撐架(16)連接，所述回轉運動臺(12)上安裝有砂輪基體(31)。所述支撐架(16)與所述平移平臺(14)連接，所述升降平臺(13)連接在所述平移平臺(14)上，且所述升降平臺(13)能在所述平移平臺
(14)上左右滑動。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)、結合劑噴嘴(217)、氣流(218)。所述金剛石磨粒噴嘴(201)上端和所述結合劑噴嘴(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(13)下端連接，且能進行上下的升降運動。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