一种基于3D打印的金刚石磨轮机构的制作方法

本实用新型涉及一种基于3D打印的金刚石磨轮机构。

背景技术：

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。

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。

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。

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。

技术实现要素：

本实用新型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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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一定工作高度。

本实用新型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一定工作高度，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

图1为本实用新型第一实施例的装配结构示意图。

图2为本实用新型第一实施例的制得产品结构示意图。

图3、图4为现有技术的分齿焊接式磨边轮结构示意图。

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

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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下降一定工作高度。

其工作步骤如下：

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；

二、铺粉组件根据设定程序逐层铺金属粉末；

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；

四、连续完成一次选区熔覆后，基体工作层2下降一定工作高度；

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。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。