[发明专利]基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置及方法。该装置包括：上基座、工业机器人、球壳型超声换能器、超声电源、下基座和工作池。本发明利用球壳型超声换能器对超声的汇聚作用，将球壳型超声换能器所产生的超声聚焦于待加工的3D打印金属件的表面抛光点上。通过工业机器人来精准控制球壳型超声换能器的运动轨迹，使其凹面贴合待加工3D打印金属件的外形上进行移动。同时，还可以通过控制球壳型超声换能器与待加工3D打印金属件之间的工作距离和调节超声电源的频率以产生不同频率的超声振动，以此来实现对不同3D打印金属件的表面进行处理。

技术领域

本发明涉及精零件抛光技术领域，特别是涉及一种基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置及方法。

背景技术

3D金属打印技术的出现使得金属产品的外观复杂度进一步提高，其优势在于可以在较短的时间内打印出复杂的金属构件，但是打印成型后的金属构件表面有许多浮粉，即使经过喷砂处理，表面依旧很粗糙，不符合实际的产品外观需求，因此需要在完成喷砂工作后，对3D打印金属件的表面进行抛光处理。经过3D打印成型的金属件结构较为复杂，使用传统的抛光技术无法对其表面进行抛光处理。

目前主要的金属构件表面抛光方法有：(1)机械抛光、(2)化学抛光、(3)电化学抛光(电解抛光)。机械抛光通常采用磨头抛光，工件通过旋转和摇摆，直接与抛光轮进行摩擦抛光。但抛光之后，工件表面会存在硬化层，构件表面不平滑光整，而且对于外型较为复杂的金属构件，机械抛光方法很难对其表面进行抛光处理。化学抛光可以对外型较为复杂的金属构件进行表面抛光处理，但化学抛光的抛光液成分复杂，成本高，对于人体和环境的危害较大，因此并不适用3D打印金属件。电化学抛光，又称为电解抛光，可以完成对外型结构复杂的金属构件进行抛光处理，但对于不同材料的金属构件电化学抛光的表面质量不同。电化学抛光的同时会溶解金属件表面的凸起点和凹点，会影响工件的整体性，特别是一些细小的工件并且难以保证工件的尺寸和几何形状的精度。3D打印金属件在零件尺寸精度上有较高的要求，打印的零件结构往往很复杂，采用电化学抛光会影响工件的设计要求。此外，采用电化学抛光很难在粗加工零件上获得较高的抛光质量。

传统的机械抛光无法对复杂的金属构件进行抛光处理，化学抛光和电解抛光虽然效率很高，但是成本较高，同时对环境和人体的健康产生危害，而且对于形状复杂且工件完整性较高的3D打印金属件，并不适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置及方法，利用流体振动抛光方法对3D打印金属件表面进行抛光处理。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置，包括：上基座、工业机器人、球壳型超声换能器、超声电源、下基座和工作池；所述工业机器人设置在所述上基座上，所述工业机器人的末端连接有球壳型超声换能器，所述工业机器人用于控制所述球壳型超声换能器的移动；所述超声电源，与所述球壳型超声换能器连接，用于激励所述球壳型超声换能器产生超声振动的高频电信号；所述工作池，设置在所述下基座上，盛放有抛光液和待加工的3D打印金属件；所述球壳型超声换能器浸泡在所述抛光液中，通过抛光液将超声振动产生的能量聚焦在待加工3D打印金属件的表面，完成对待加工3D打印金属件的表面抛光处理。

可选地，所述工作池内设置有夹具，所述夹具用于夹持待加工的3D打印金属件。

可选地，所述夹具可拆卸。

可选地，还包括：机器人控制器，与所述工业机器人连接，用于控制所述工业机器人的移动轨迹。

可选地，还包括：系统控制柜，与所述机器人控制器连接，用于对所述工业机器人运动学与动力学进行解析运算，与所述机器人控制器进行通信，实现对所述球壳型超声换能器移动轨迹的控制。

可选地，所述超声电源的频率范围在10KHz～40KHz。