个定位点间距离较小的距离值，S zmin表示定位点在 z坐标上与其相邻的两个定位点间距离较小的距离值，k表示距离权值；
[0035] 4)将各个定位点的距离函数值由大至小依序排列，并根据如下公式将序列中距离 函数值最小的定位点V更新为V' ：
[0036]
[0037]其中，x，y，z分别为定位点V的三轴坐标值，X'，y '，z '分别为定位点V'的三轴坐标 值；
[0038] 5)循环步骤3)_4)直至不再出现新的定位点，通过循环更新替换过程，定位点从曲 面的外沿往内延伸，最终由原始定位点及更新后的定位点采样得到完整的待修复曲面模型 数据；
[0039] 6)将所述原始曲面模型数据与所述待修复曲面模型数据输入CAD/CAM软件中进行 三维重构，然后输出零件缺损部分的三维模型数据，将三维模型数据输入3D打印设备中，最 后得到零件的缺损部分的3D打印实体；
[0040] 7)将所述3D打印实体放入粘弹性磨粒流抛光系统进行抛光。
[0041] 粘弹性磨粒流抛光系统如图2所示，其对3D打印实体的抛光过程如下：首先，将快 连接头18与转接头23分开，然后向上抬动手柄24,将粘弹性磨粒流工作腔上腔体20打开，将 带有长定位圆柱的3D打印零件19放入粘弹性磨粒流工作腔下腔体22的配合圆柱槽内，然后 向粘弹性磨粒流工作腔下腔体22中添加粘弹性磨粒流，当粘弹性磨粒流填满下腔体后，盖 上粘弹性磨粒流上腔体20;并用螺栓拧21将粘弹性磨粒流工作上腔体20与粘弹性磨粒流工 作下腔体21拧紧;然后通过快连接头将第一抗磨软管16与粘弹性磨粒流工作腔上腔体20上 的转接头23相连接；
[0042] 其次，启动调频电机3，从而调频电机3通过联轴器4带动旋转曲轴9转动。其中旋转 主轴分别通过前支撑圆锥滚子轴承8和后圆锥滚子轴承10固定于安装套筒6内，而安装套筒 6通过螺栓29与连接壳体5相连，而连接壳体5通过螺栓30与调频电极3相连接，连接时调频 电机3与连接壳体5及安装套筒6依靠止口定位。另外连接壳体5通过其自身的法兰盘与粘弹 性磨粒流箱体1上的法兰座通过螺纹连接。
[0043] 再次，旋转曲轴9分别带动起其自身的曲拐26，与曲拐27旋转，而曲拐26和曲拐27 在旋转过程中不断碾压第一抗磨软管16,从而在第一抗磨软管中产生真空，引起密封容积 不断变换，从而将粘弹性磨粒流从粘弹性磨粒流箱体1中不断抽吸上来，而不断碾压到粘弹 性磨粒流工作上腔体20中，从而将粘弹性磨粒流不断挤压抛光3D打印复杂曲面表面。其中， 第一抗磨软管放置在具有定位槽的抗磨软管箱体中，而抗磨软管箱体通过螺栓28固定在安 装套筒6上。另外在粘弹性磨粒流挤压抛光3D打印复杂曲面过程中可通过蝶阀13控制出口 开度大小，从而控制流量大小，进而调整粘弹性磨粒流的抛光速度。
[0044] 最后，当抛光结束后，拔下第一抗磨软管16上的快连接头18,拧下螺栓21，抬动手 柄24打开粘弹性磨粒流工作腔上腔体20,取出工件，并擦拭干净。
[0045] 本发明中，粘弹性磨粒流不予任何金属管路接触，从而不磨损任何零件表面，而室 温硫化硅胶材质为抗磨材料，当粘弹性磨粒流流过时，并不磨损其表面。另外同时通过快插 接头直接连接软管，拆卸方便。
[0046] 另外室温硫化硅橡胶软管螺旋缠绕于抗磨软管箱体内，其密封容积变化如图3所 示，具体由下式计算：
[0047]
[0048] 其中:见一一碾压曲拐个数;N2--------软管缠绕匝数；
[0049] Φ-------中心角度;R-------软管半径；
[0050] 另外在本发明中，3D打印零件依靠自身的定位圆柱体与粘弹性磨粒流工作腔下腔 体内的圆柱槽体定位，再挤压抛光时可在粘弹性磨粒流的挤压下自行回转，从而抛光面不 断变化，抛光更加均匀，但其3D打印零件的定位圆柱在3D打印造型时设计生成，抛光完成后 如不再需要，可将定位圆柱体切除，并依靠传统加工方法加工其规则曲面，此种可自由回转 的定位夹紧方法的优点在于，适用于任何具有复杂曲面零件的3D打印零件，不论是否是回 转零件还是非回转零件都可通过自定位圆柱插与定位圆槽中，通用性强，安装方便。
【主权项】
1. 一种零件的3D打印修复方法，所述零件存在缺损部位，且缺损处形成有不规则的曲 面，其特征在于，该方法包括如下步骤： 1) 通过测量仪器扫描原始完整零件采集原始曲面模型数据； 2) 扫描零件缺损部分的不规则曲面，采用电流计在曲面外沿设置多个采样的定位点； 3) 根据如下公式计算曲面外沿各个定位点的距离函数值S:其中，Sxmin表示定位点在X坐标上与其相邻的两个定位点间距离较小的距离值，Symin表 示定位点在y坐标上与其相邻的两个定位点间距离较小的距离值，Szmin表示定位点在z坐标 上与其相邻的两个定位点间距离较小的距离值，k表示距离权值； 4) 将各个定位点的距离函数值由大至小依序排列，并根据如下公式将序列中距离函数 值最小的定位点V更新为V' ：其中，X，y，z分别为定位点V的三轴坐标值，X '，y '，z '分别为定位点V '的三轴坐标值； 5) 循环步骤3)_4)直至不再出现新的定位点，通过循环更新替换过程，定位点从曲面的 外沿往内延伸，最终由原始定位点及更新后的定位点采样得到完整的待修复曲面模型数 据； 6) 将所述原始曲面模型数据与所述待修复曲面模型数据输入CAD/CAM软件中进行三维 重构，然后输出零件缺损部分的三维模型数据，将三维模型数据输入3D打印设备中，最后得 到零件的缺损部分的3D打印实体； 7) 将所述3D打印实体放入粘弹性磨粒流抛光系统进行抛光，当抛光结束后，取出工件， 并擦拭干净。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7)所述抛光包括如下步骤： I) 将粘弹性磨粒流抛光系统的快连接头与转接头分开，向上抬动手柄，将粘弹性磨粒 流工作腔上腔体打开，将所述3D打印实体放入粘弹性磨粒流工作腔下腔体的配合圆柱槽 内，然后向粘弹性磨粒流工作腔下腔体中添加粘弹性磨粒流，当粘弹性磨粒流填满下腔体 后，盖上粘弹性磨粒流上腔体;并用螺栓拧将粘弹性磨粒流工作上腔体与粘弹性磨粒流工 作下腔体拧紧;然后通过快连接头将第一抗磨软管与粘弹性磨粒流工作腔上腔体上的转接 头相连接； II) 启动调频电机，调频电机通过联轴器带动旋转曲轴转动，旋转曲轴带动第一碾压曲 拐与第二碾压曲拐旋转，而第一碾压曲拐与第二碾压曲拐在旋转过程中不断碾压第一抗磨 软管，从而在第一抗磨软管中产生真空，引起密封容积不断变换，进而将粘弹性磨粒流从粘 弹性磨粒流箱体中不断抽吸上来，不断碾压到粘弹性磨粒流工作上腔体中，从而将粘弹性 磨粒流不断挤压抛光3D打印复杂曲面表面； III)抛光结束后，拔下第一抗磨软管上的快连接头，拧下螺栓，抬动手柄打开粘弹性磨 粒流工作腔上腔体，取出工件，并擦拭干净。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转曲轴分别通过前支撑圆锥滚子轴 承和后圆锥滚子轴承固定于安装套筒内，安装套筒通过螺栓与连接壳体相连，连接壳体通 过螺栓与调频电极相连接，连接时调频电机与连接壳体及安装套筒依靠止口定位，连接壳 体通过其自身的法兰盘与粘弹性磨粒流箱体上的法兰座通过螺纹连接。4. 根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，第一抗磨软管放置在具有定位槽的抗磨 软管箱体中，抗磨软管箱体通过螺栓固定在安装套筒上，在粘弹性磨粒流挤压抛光3D打印 复杂曲面过程中可通过蝶阀控制出口开度大小，从而控制流量大小，进而调整粘弹性磨粒 流的抛光速度。5. 根据权利要求1-4所述的方法，其特征在于，在3D打印设备打印缺损部分的3D打印实 体时，同时还打印与3D打印实体一体成型的定位圆柱，所述定位圆柱用于在抛光时固定3D 打印实体。6. 根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，软管采用室温硫化硅橡胶材料。7. 根据权利要求1-6所述的方法，其特征在于，零件为金属零件。
【专利摘要】本发明提供一种复杂曲面零件的高精度3D打印修复方法，首先通过复杂曲面提取方法获得与待修复的复杂表面相一致的三维实体模型，然后通过3D打印设备打印零件缺损部分实体，最后通过改进的粘弹性磨粒流抛光系统将高含固量磨粒流直接输送到3D打印实体的密封腔体内抛光工件表面。本方法能精确得到被损伤零件复杂的修复表面，以及能获得高品质的3D打印产品的表面质量。
【IPC分类】B24B31/116, B24B31/12, G06T17/00, B24B57/04
【公开号】CN105608733
【申请号】CN201510976082
【发明人】张宏友, 吴鸣宇
【申请人】大连海洋大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月23日