从工件电化学剥离材料的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于从工件电化学剥离材料的方法，其中用电解质浸渍电解质载体。随后将该电解质载体(例如海绵或刷子)放置在工件的表面上，其中工件与电解质形成接触。在该电解质载体上施加相对于工件的负电位。这导致从工件电解式剥离材料，其中该材料被电化学溶解。这优选在金属材料的情况下实施。

本发明还涉及一种用于从工件电化学剥离材料的装置。该装置具有用于工件的容纳部。提供由可浸渍有电解质的材料制成的电解质载体，其中所述材料可以放置在设于容器中的工件的表面上。此外，可以对电解质载体施加相对于工件为负的电位。这可以例如通过用于电压源的电连接点来实现。然后，该电压源的负极可连接在电解质载体上，而电压源的正极可以连接到处于容纳部中的工件的表面上。

最初提到类型的方法和装置例如从wo2006/080948a2和au2013242795a1中已知。据此，用于电化学剥离的装置可以配备有作为电解质载体的刷子或海绵，其中电解质可由于毛细管力而被吸入这些结构中。如果然后将所述电解质载体放置在待处理的表面上，则这允许将电解质通过电解质载体中的通道输送到待处理的表面。利用所述装置可以进行用于在表面上电化学剥离的方法。例如，在此可以局部地从焊接结构的表面移除焊接工艺的残留物，例如焊接飞溅物。

本发明要解决的技术问题是进一步开发一种方法或一种用于实现该方法的装置，使得可以提高电化学剥离的结果的质量。

根据本发明，该技术问题通过本文开始所示的方法这样解决，即在工件和电解质载体之间进行机械引导的相对运动。这是通过经由合适的机械装置相对于工件引导电解质载体以便能够在工件的表面上执行预定的电解质载体的运动来实现的。换句话说，所述相对运动的机械引导通过运动学地固定所述相对运动的自由度来实现，相较而言允许以其他自由度的运动。这可以通过构件和电解质载体之间的合适的机械耦合来实现，或者通过使用诸如机器人手臂的可编程设备，该可编程设备的运动可以被精确地预先设定，由此阻断了某些自由度并且利用其他自由度进行相对运动。由此可以确保，例如，工件的每个待处理区域均在相同程度上被供应所述剥离的处理。这有利地提高了剥离结果的质量。

根据本发明的有利实施方式设成，电解质载体这样适配于工件的表面结构，使得电解质载体具有这样的横截面，该横截面的轮廓至少在部分区域中与待形成的工件表面精确一致。此外，存在允许电解质载体相对于工件的运动的自由度。该自由度可以例如通过垂直于电解质载体的所述横截面的运动方向来提供。以该方式可以产生由这样的横截面限定的结构，该横截面沿垂直于电解质载体横截面的方向在工件上延伸。这在此可以例如是凸肩或凹槽。该结构可以设在平的表面上，或者也可以设在旋转对称工件的圆周上或中。

有利地，待形成的表面也可以由孔洞组成。该孔洞可以由钻孔形成，或者可以通过其他制造工艺如增材制造工艺(也称为增材生产工艺)引入构件中。如果在孔洞的壁上对表面纹理或表面特性有要求，而这些要求通过所选择的用于孔洞的制造工艺不能实现，则有利的情形是，所述孔洞随后可以通过根据本发明的方法来后处理。电解质载体在此正好具有所述孔洞的横截面。它可以通过平移运动引入所述孔洞中，其中该运动也可用于在电化学剥离期间确保孔洞壁和电解质载体之间的相对运动。在涉及圆柱形孔洞的情况下，该相对运动特别地也可以通过电解质载体绕其中心对称轴的旋转来实现。

在剥离期间电解质载体和工件之间的相对运动也可以构造成旋转式和/或线性的。该相对运动可以有利地通过在静止的电解质载体的情况下移动工件或通过在工件的表面上移动电解质载体来产生。特别是旋转对称的构件，例如轴，可以容易地处于旋转中，因此静止的电解质载体是有利的。如果构件非常大并且例如只有小的表面区域(例如孔洞)应被加工，则电解质载体相对于位置固定的工件的移动是有利的。

电解质载体有利地也可以由机器人引导。在这种情况下，可以有利地加工所述构件的在空间上任意布置的表面。如果构件的几何形状在任何情况下都可作为三维数据集提供，就像这例如确保了通过增材制造来生产那样，则通过机器人的机械加工特别有利。

特别有利的情形是，应通过电化学剥离来加工的构件是通过增材生产工艺(也称作增材制造)制成的。作为增材制造工艺，特别要提及激光熔融、激光烧结和激光熔覆。在此，所述构件被逐层构建，其中由此可以形成阶梯式的构件表面。然而，如果对构件的表面要求需要这样的表面品质，该表面品质不能通过这一“阶梯式”的表面特性来实现，则建议使用根据本发明的方法。根据构件的几何形状，可以用机器人选择该构件的导引或电解质载体的使用。

此外，所述技术问题按照本发明通过本文开始所述的装置如下解决，即在容纳部和电解质载体之间设置机械耦合，该机械耦合允许关于至少一个自由度的相对运动。在工件上可连接电压源的正极，电解质载体上可连接电压源的负极。由此进行本文开始时描述的方法，其中电解质载体在此浸渍有电解质。电解质载体和工件的机械耦合有利地通过将其夹紧到容纳部中被精确地限定，这就是通过所进行的电化学剥离(例如电解抛光)能够有利地精确地预先确定剥离结果的原因。在此，机械耦合有利地允许容纳部和电解质载体之间的旋转和/或平移。以下参照附图对本发明的进一步的细节进行说明。相同或对应的附图元件各自设有相同的附图标记并且仅在形成各个图形之间的差异的程度上进行多次说明。其中：

图1以示意性剖面图示出了根据本发明的装置的实施例和执行根据本发明的方法的实施例，

图2作为侧视图示出了在执行根据本发明的方法的实施例的情况下根据本发明的装置的另一实施例，和

图3作为三维视图示出了在执行根据本发明的方法的实施例期间根据本发明的装置的另一实施例。

根据图1的用于电化学剥离的装置1具有容纳部11，工件12可以插入容纳部11中。工件12设置有以穿孔形式的孔洞13，孔洞13应通过电化学剥离来加工。为此，将海绵形式的圆柱形电解质载体14从上方引入该穿孔中。此外，电解质载体14被紧固在具有用于垂直推移的线性引导件16的装置15上。在所示双箭头17的方向上的平移运动也可用于产生电解质载体14和工件12之间的相对运动。

电解质载体14安装在具有孔洞19的供应管线18上，电解质可以通过孔洞19进入电解质载体14中。电解液随后通过电解质载体14的海绵状结构的孔隙20到达孔洞13的壁。它随后滴入收集槽21中，从这里其可以通过装置15的配备有泵22的吸入管线再次供应。在那里，其以未详细示出的方式再次到达供应管线18中。

该装置还配备有可使供应管线18根据所示双箭头25处于旋转中的马达24。由此，环形包绕供应管线18的电解质载体14也围绕供应管线18的对称轴线30旋转。这是在电解质载体14和工件12之间产生相对运动的另一种可能性。

另外还示出了电压源26，其正极在工件12上并且其负极经由装置15以未详细示出的方式与导电的供应管线18接触。通过施加电位，孔洞13的壁被电化学剥离。在此，工件材料的组成部分被溶于溶液中，其中从而可以实现表面的平滑化。此外，以该方式可以从工件的材料中溶去杂质并且从而改善例如表面的腐蚀性能。

根据图2所示，轴作为工件12被加工。该轴的表面27在端部具有应当用作滑动面的两个区域，并且因此具有应当通过电化学剥离(电解抛光)加以改进的表面特性。在几何形状上看来，这些部分区域表示圆柱体28的部分。此外，该轴具有环形槽29，其也应当通过电化学剥离进行后处理。

为了加工的目的，工件12通过轴承31中的杆形容纳部11围绕其对称轴线30可旋转地支承。旋转由双箭头25表示，并由马达26执行。在旋转工件期间，装置15通过直线引导件16从上方下降到构件12的圆周上，其中三个电解质载体14以海绵的形式与构件12形成接触。这些电解质载体14中的两个电解质载体14在圆柱体28的区域中从构件12的表面剥离材料。第三个电解质载体14以其横截面适配，使得其精确地配合到凹槽29中。以该方式能够在凹槽29中同时处理凹槽侧面32和凹槽底部33。

具有泵22的吸入管线23和与用于供应电解质载体14的供应管线18相当的结构在图2中未示出，但是类似于根据图1的实施例来实现。以该方式，可将电解质从收集槽21供应至电解质载体14，并通过孔隙20输送到表面27。

根据图3所示，待处理的表面27由平坦构件12上的环形区域构成。作为电解质载体14，在图3的情况下使用固定在机器人手臂34上的刷子。由此，可以将电解质载体14重复地在待处理的表面27的环形区域上引导，其中在此实现材料剥离。