一种非金属物理和化学混动抛光机的制作方法

本实用新型涉及3d打印后处理抛光领域，特别是一种非金属物理和化学混动抛光机。

背景技术：

3d打印技术，是一种快速成型技术。属于新型加工制造技术，也称之为增材制造。它相比于传统制造技术有着显著的优点，如成型速度快，不受加工形状限制等。近十年以来，3d打印技术的发展迅速，在各个领域都有大量的应用。它的发展所带来的技术进步，以及市场响应能力的加快实现远程定制、远程设计、本地生产和销售的协同新生产方式，使生产模式、商业模式等发生巨大变化。

3d打印技术的缺点十分明显--在零件的表面精度等方面仍然具有较大的问题：因为3d打印制造技术在加工是会出现“台阶效应”的。虽然打印的每一层很薄，但是在微观尺度上，仍然会形成有着一定厚度的一级级“台阶”，那么就会造成精度上的偏差，以及产生较大的表面粗糙度。这使得3d打印产品在应用上有着一定的局限性，这种情况也在一定程度上制约了3d打印技术的发展。

因此，为了3d打印技术更好更快的健康发展，需要对3d打印后处理技术进行研究。尤其在机械制造领域的工作人员，他们迫切需要3d打印后处理技术对3d打印产品的二次加工以满足需求。

近些年来，3d打印后处理技术慢慢的开始引起了越来越多的研究人员关注。国内外学者对于后处理技术的探索对我们的研究有一定的指导意义，一方面，后处理技术的类型包括抛光、粘合、上色等；另一方面，后处理的手段多种多样，供研究人员选择、改进与创新。现有的抛光方案可分为：研磨、表面喷砂、化学处理、振动抛光等。目前国内外学者关于后处理抛光设备的研究多用化学抛光的方法。但这样的后处理设备对作业环境十分有害，而且对工作人员的健康很不友好。因此，在促进3d打印技术全面发展的背景下，考虑到3d打印产品后处理技术的应用情况，研究3d打印非金属材料的振动抛光机结构设计，十分必要。

3d打印技术在国内起步时间相对来说比较晚，使得国内3d打印技术以及后处理技术体系不够成熟。上海腾铸三维科技公司研制的3d打印后处理设备，它采用不锈钢外壳设计，容量较大，具有良好的抗腐蚀性能。3d打印后处理设备的国外生产厂家主要是工业级的3d打印技术研发巨头，如以色列的3dstartasys和美国的3dsysterm。它们的3d打印后处理设备的设计较为独到，技术比较先进，效率较高，因此受到了3d打印服务商们的青睐。以色列的stratasys公司研制了一台润色抛光机。该抛光设备拥有两个腔，待处理的3d打印模型会被先放在冷冻腔a内降温，待模型冷却之后，用脚踏开关人工打开b腔，再将冷却好了的模型浸入b腔内。b腔中蒸汽，该蒸汽的密度比空气大，来源于一种十分昂贵的液态化学物质：即vertrel。vertrel所形成的热蒸汽在模型进入b腔内的瞬间便会迅速且均匀地在冰冷的模型上凝结，对模型上的粗糙表面、不规则角落和微小裂纹进行柔化处理，在30秒左右的时间即可完成整个抛光过程。美国的众筹网站kickstarter发布了一款众筹产品，即magicbox，它采用拥有排气管道的密封结构。腔内可容纳抛光液及3d打印模型，将丙酮溶液进行加热从而形成蒸汽，在密闭的腔内处理3d打印模型，使它们的表面变得光鲜亮洁。

而传统的3d打印后处理方法包括振动抛光法和丙酮抛光法等。振动抛光法可使用振动抛光机，或者离心抛光机进行抛光运动，类似于玉石的表面振动抛光以及出现表面锈蚀等破坏的金属材料零件的翻新抛光。振动抛光法的主要原理是通过介质(磨粒磨料)与3d打印模型之间的碰撞摩擦的磨削运动实现表面抛光。丙酮抛光是利用高温丙酮蒸汽熏蒸3d打印模型的方式进行表面抛光，该方法是运用了abs材料溶于丙酮的特性从而实现对零件模型表面进行抛光处理。丙酮抛光法也属于化学抛光法。使用丙酮抛光法时，安全方面的问题是特别需要注意的。因为丙酮对人体健康有害、有毒，而且丙酮易燃易爆，具有刺激性的气味。使用丙酮抛光方法时，必须要在良好的通风环境内操作，操作人员还需注意防护措施，如可佩戴相应的防毒面具等防护装备。当然也可以另外增设丙酮溶液的吸收装置用以对操作人员进行防护。因此，其改进和创新势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种非金属物理和化学混动抛光机，可有效解决物理和化学混动抛光的问题。

本实用新型解决的技术方案是：

一种非金属物理和化学混动抛光机，包括底座和设置在底座上的设置在底座上方的抛光桶，抛光桶自下而上依次装有相互连通的溶液容纳槽和物理抛光筒，溶液容纳槽的内腔构成化学抛光溶液容纳腔，物理抛光筒的内腔构成物理抛光磨料容纳腔，物理抛光筒上方的抛光桶内腔构成待抛光工件的蒸汽抛光腔，物理抛光筒内设置有用于将待抛光工件在物理抛光磨料容纳腔和蒸汽抛光腔之间相互输送的螺旋分离盘，螺旋分离盘上均布有用于分离磨料的分离孔，所述抛光桶下表面与底座上表面之间设置有沿抛光桶下表面圆周方向均布的弹簧，底座上设置有用于驱动抛光桶振动的振动电机。

优选的，所述抛光桶上口设置有顶盖，顶盖下表面设置有用于过滤化学抛光溶液蒸汽的过滤机构。

所述过滤机构包括连接在顶盖下表面的盛水盘，当顶盖覆盖抛光桶上口时，盛水盘伸入蒸汽抛光腔上部，盛水盘侧壁与抛光桶内壁之间存在间隙，构成蒸汽排出通道，盛水盘内装有用于过滤化学抛光溶液蒸汽的水，盛水盘上口设置有向内向下伸出且伸入水面以下的导流板，导流板下表面与水面共同围成相对密闭的过滤腔，蒸汽排出通道所在的盛水盘侧壁上开有与过滤腔相连通的过滤孔。

优选的，所述物理抛光筒是由直径较小的下筒体和直径较大的上筒体相连在一起构成的圆柱台阶状中空结构，下筒体中心固定有向上伸出的中空套筒，中空套筒上固定有沿竖直方向伸缩的电动推杆，螺旋分离盘经单向轴承固定在电动推杆的伸缩杆端部随其升降。

优选的，所述下筒体下端面经第一花键轴与减速机的输出轴同轴相连，减速机的输入轴经第二花键轴与万向节同轴相连，万向节的下端与振动电机的输出轴相连，构成物理抛光筒的旋转动力输入结构。

所述的溶液容纳槽的内腔底部开有用于加热蒸发化学抛光溶液的加热体。

本实用新型结构新颖独特，简单合理，易生产，易操作，先对待抛光工件进行振动抛光，后对待抛光工件进行化学抛光，振动抛光时使抛光腔产生上下左右的晃动，待抛光工件的抛光运动类似于三维空间的抛光，在转矩转化为激振力的同时，还将带动抛光腔体内腔的旋转运动。在上下左右振动与旋转运动结合的运动下，磨粒磨料与待抛光工件的接触面更大，接触时间更加频繁、充分，有效地提高了抛光效率，也减少了抛光时间，抛光效果显著，通过螺旋分离盘实现待抛光工件在物理抛光磨料容纳腔和蒸汽抛光腔之间相互输送，从而快速实现物理抛光和化学抛光的快速转换，再通过加热元件对溶液容纳槽内的丙酮溶液进行加热，使丙酮溶液发生气化产生蒸汽进入蒸汽抛光腔对工件进行精抛光；还通过与顶盖集成一体的过滤机构对丙酮溶液蒸汽进行过滤，安全环保，从而通过结合物理振动抛光和化学丙醇抛光两种方法，实现被抛光工件精度更高、效率更高、耗时更短的抛光过程，使用方便，效果好，是抛光装置上的创新，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的立体图。

图2为本实用新型的爆炸图。

图3为本实用新型抛光桶的立体图。

图4为本实用新型抛光桶的分离爆炸图。

图5为本实用新型物理抛光筒的爆炸图。

图6为本实用新型溶液容纳槽的立体图。

图7为本实用新型抛光桶的剖视图(未安装电动推杆)。

图8为本实用新型单个弹簧的结构安装示意图。

图9为本实用新型顶盖过滤机构剖视图(丙酮蒸汽吸收机制示意图)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1-9所示，本实用新型包括底座8和设置在底座上的设置在底座上方的抛光桶4，抛光桶4自下而上依次装有相互连通的溶液容纳槽9和物理抛光筒3，溶液容纳槽9的内腔构成化学抛光溶液容纳腔9a，物理抛光筒3的内腔构成物理抛光磨料容纳腔31，物理抛光筒3上方的抛光桶内腔构成待抛光工件的蒸汽抛光腔4a，物理抛光筒3内设置有用于将待抛光工件在物理抛光磨料容纳腔31和蒸汽抛光腔4a之间相互输送的螺旋分离盘2，螺旋分离盘2上均布有用于分离磨料的分离孔2a，所述抛光桶4下表面与底座上表面之间设置有沿抛光桶下表面圆周方向均布的弹簧6，底座8上设置有用于驱动抛光桶振动的振动电机7。

为保证使用效果，所述抛光桶4上口设置有顶盖1，顶盖下表面设置有用于过滤化学抛光溶液蒸汽的过滤机构；所述过滤机构包括连接在顶盖下表面的盛水盘101，当顶盖覆盖抛光桶4上口时，盛水盘101伸入蒸汽抛光腔4a上部，盛水盘101侧壁与抛光桶内壁之间存在间隙，构成蒸汽排出通道，盛水盘101内装有用于过滤化学抛光溶液蒸汽的水102，盛水盘101上口设置有向内向下伸出且伸入水面以下的导流板104，导流板104下表面与水面共同围成相对密闭的过滤腔107，蒸汽排出通道所在的盛水盘侧壁上开有与过滤腔107相连通的过滤孔103。

所述盛水盘101中心开有向上伸出的把手105，把手上连接有水平向外伸出的液位指示板106，液位指示板106与导流板104之间连接有透气板。

使用时，化学抛光溶液容纳腔9a装有丙酮溶液25，丙酮溶液被加热后变成丙酮蒸汽上升进入蒸汽抛光腔，过滤孔103作为输送丙酮蒸汽和空气的管道，用于回流和再循环丙酮蒸汽，盛水盘中的水不仅作为过滤元件，还用作回流的冷却元件，图9中的a至f即为丙酮蒸汽的吸收过程：

(a)产生丙酮蒸汽，并与蒸汽抛光腔内的空气混合；

(b)由于压力差，丙酮蒸汽和空气进入盛水盘外壁和抛光桶内壁之间的间隙；

(c)丙酮蒸汽和空气穿过盛水盘侧壁上的间隙和过滤孔；

(d)由于导流板内侧端沿伸入水面之下，丙酮蒸汽和空气进入过滤腔107后，为了进入外部环境丙酮蒸汽和空气必须通过盛水盘中的水；

(e)丙酮蒸汽溶解在水中；

(f)输出没有丙酮蒸汽的空气；

(g)同时，大多数丙酮蒸汽在到达盛水盘底面后冷却并冷凝成液体，然后将丙酮液体飞回容器中并进行回收。

所述物理抛光筒3是由直径较小的下筒体3b和直径较大的上筒体3a相连在一起构成的圆柱台阶状中空结构，下筒体3b中心固定有向上伸出的中空套筒23，中空套筒23上固定有沿竖直方向伸缩的电动推杆16，螺旋分离盘2经单向轴承151固定在电动推杆的伸缩杆端部随其升降。

随物理抛光筒旋转的电动推杆(直线驱动器)外接单向轴承151，再接螺旋分离盘2而构成分离机构，三者之间传递旋转运动与直线进给运动。在电动推杆处于回程下降时，单向轴承传递旋转运动，带动螺旋分离盘旋转切入物理抛光磨料容纳腔底部，螺旋盘不断深入磨粒磨料之中，直到将所有工件都推入螺旋盘上方的磨粒磨料内，此时电动推杆的回程运动结束，进行物理抛光；物理抛光结束后，电动推杆向上升出，在电动推杆处于进程上升时，单向轴承锁死，不传递旋转运动，即此时螺旋分离盘只有直线上升运动，磨料从分离孔分离，另外此时振动电机为低转速模式，激振力较小，整个抛光腔仍然做上下振动运动，刚好提供在螺旋盘上升过程中分离磨料与工件的激振力，实现磨料和工件的分离，最终将工件推入蒸汽抛光腔4a进行化学抛光。

单向轴承与电动推杆的伸缩杆之间通过薄型平键14连接。

所述的溶液容纳槽9的内腔为圆环形槽状结构，该圆弧形槽状结构上部开口，构成化学抛光溶液容纳腔9a，溶液容纳槽9中心开有上下贯通的第一中心穿孔9b，物理抛光筒上筒体所在的上台阶落在化学抛光溶液容纳腔9a的正上方且上台阶所在的上筒体底面开有上下贯通的蒸汽孔24，下筒体3b插入第一中心穿孔9b。

所述抛光桶4下部开口，抛光桶4下口内壁设置有水平向内伸出的凸沿4b，凸沿4b中心构成上下贯通的第二中心穿孔4c，溶液容纳槽9落在凸沿4b上，弹簧6沿圆周方向均布在凸沿下表面，第二中心穿孔4c与第一中心穿孔9b相互连通，构成动力输入的轴通道。

所述凸沿下表面通过第一螺母18装有向下伸出的第一定位螺栓17，底座上表面通过第二螺母19装有向上伸出的第二定位螺栓20，第一定位螺栓17和第二定位螺栓20数量相等且一一对应，对应的一组第一定位螺栓和第二定位螺栓呈同轴设置，弹簧套装在对应的第一定位螺栓和第二定位螺栓之间。

凸沿下表面设置有与第一螺母、第一定位螺栓相对应的第一安装槽21，底座上表面设置有与第二螺母、第二定位螺栓相对应的第一安装槽22。

所述下筒体3b下端面经第一花键轴10与减速机12的输出轴同轴相连，减速机12的输入轴经第二花键轴13与万向节15同轴相连，万向节15的下端与振动电机7的输出轴相连，构成物理抛光筒的旋转动力输入结构。

所述的溶液容纳槽9的内腔底部开有用于加热蒸发化学抛光溶液的加热体，图中未给出，该加热体可以为加热棒、加热板等常规的加热元件，其电源为市电提供，该加热技术为本领域的常规技术手段。

启动振动电机产生振动运动，振动运动由振动电机和底座依靠弹簧连接抛光桶，抛光桶内腔物理抛光筒的旋转运动由振动电机连接万向节联轴器，万向节一端的孔为花键孔，连接减速机上的第二花键轴，减速机再通过第一花键轴与物理抛光筒连接。由于整个抛光腔需要振动，使得与内腔相接的轴并不固定，而且存在着摆动与窜动，可视为纯角度摆动、径向跳动和轴向窜动相结合的运动，所以必须解决轴的运动问题，在综合考量后，申请人选择采用万向节联轴器加花键轴花键孔相结合的解决方案。而且为了结构的简便易于设计，选用减速机(减速器)的输入轴、输出轴在同一条直线上的方式减少万向节联轴器的个数与实际工作角度。

本实用新型的工作情况是：在化学抛光溶液容纳腔9a内装入丙酮溶液25，物理抛光磨料容纳腔31内填充磨料，首先将待抛光工件放入抛光桶内，合上顶盖1，电动推杆回程下降，单向轴承传递旋转运动，带动螺旋分离盘旋转切入物理抛光磨料容纳腔底部，螺旋盘不断深入磨粒磨料之中，直到将所有待抛光工件都推入螺旋盘上方的磨粒磨料内，此时电动推杆的回程运动结束，进行物理抛光，启动振动，提供激振力和转矩，其中激振力用来带动抛光腔的振动运动，使抛光腔产生上下左右的晃动，待抛光工件的抛光运动类似于三维空间的抛光，在转矩转化为激振力的同时，还将带动抛光腔体内腔的旋转运动。在上下左右振动与旋转运动结合的运动下，磨粒磨料与待抛光工件的接触面更大，接触时间更加频繁、充分，有效地提高了抛光效率，也减少了抛光时间，抛光效果显著；物理抛光结束后，电动推杆向上升出，在电动推杆处于进程上升时，单向轴承锁死，不传递旋转运动，即此时螺旋分离盘只有直线上升运动，磨料从分离孔分离，另外此时振动电机为低转速模式，激振力较小，整个抛光腔仍然做上下振动运动，刚好提供在螺旋盘上升过程中分离磨料与工件的激振力，实现磨料和工件的分离，最终将工件推入蒸汽抛光腔4a进行化学抛光，溶液容纳槽内腔底部的加热元件(加热体)对丙酮溶液进行加热，使丙酮溶液发生气化产生蒸汽，在丙酮蒸汽的平滑机理理论下对abs材料工件进行精抛光。其中，abs材料经过振动抛光后需要再进行丙酮蒸汽精抛。pla材料只需要在振动抛光时加入抛光液进行辅助即可。即为在进行pla材料的振动抛光时，抛光腔内加入可抛光pla的专用抛光液，使得磨粒磨料混合着专用抛光液对pla材料工件进行抛光运动。与现有技术先比，本实用新型通过结合物理振动抛光和化学丙醇抛光两种方法，实现被抛光工件精度更高、效率更高、耗时更短的抛光过程，使用方便，效果好，是抛光装置上的创新，有良好的社会和经济效益。

需要额外指出的是，本申请上述指出的仅仅是一种实施例，并不是用于限制本申请的保护范围，凡是用等同或等同替代手段所做出与本申请技术方案本质上相同的技术方案均属于本申请的保护范围。