技术领域
[0001] 本
发明涉及3D打印及实体制造技术领域，尤其是涉及一种基于电火花加工的零件加工方法。
背景技术
[0002] 叠层实体制造技术是比较成熟的一种
快速成型技术，属于3D打印技术的一种，因其加工成本低、制件
精度高，被广泛应用于造型设计、装配检验、零件制造及模具制造等领域。
[0003] 传统的叠层实体制造工艺在将二维结构
叠加拟合后，叠层零件之间存在台阶效应，影响零件的成型精度，并且其二维结构的边缘较为粗糙，导致加工后的零件表面
质量低。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少解决
现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于电火花加工的零件加工方法，能够克服零件表面质量低、零件成型精度低的
缺陷。
[0005] 本发明的一个
实施例提供了一种基于电火花加工的零件加工方法，包括如下步骤，
[0006] S10，制作三维零件
几何模型及互补的三维
电极几何模型；
[0007] S20，基于三维零件几何模型进行离散切片，得到多个零件薄片结构，并获取每一零件薄片结构的轮廓数据，基于三维电极几何模型进行离散切片，得到多个电极薄片结构，并获取每一电极薄片结构的轮廓数据；
[0008] S30，设置第一成型基片及第二成型基片，根据零件薄片结构的轮廓数据以及电极薄片结构的轮廓数据切割第一成型基片及第二成型基片，得到多个零件基片与电极基片；
[0009] S40，叠加零件基片拟合成
基础零件，叠加电极基片拟合成三维电极，三维电极的内腔的整体尺寸大于基础零件的整体尺寸；
[0010] S50，将基础零件置于三维电极的内腔中，并向基础零件与三维电极通电，使基础零件与三维电极之间进行电火花放电，获取三维零件。
[0011] 本发明实施例中的基于电火花加工的零件加工方法至少具有如下有益效果：
[0012] 通过设计三维几何模型并进行离散型切片，根据切片后的零件轮廓数据及电极轮廓数据制备三维叠层零件以及与其互补的三维叠层电极，使三维叠层零件与三维叠层电极的结构适配，便于三维叠层零件与三维叠层电极之间进行电火花放电，通过三维零件与三维电极之间的电火花放电，消除零件表面的台阶以及较为粗糙的切割边缘，从而提高通过叠层实体制造工艺所制备的零件形状精度及表面质量。
[0013] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述步骤S10包括，
[0014] S11，通过三维计算机辅助
软件设计三维零件几何模型；
[0015] S12，以三维零件几何模型为依据，建立与三维零件几何模型互补的三维电极几何模型。
[0016] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述S20步骤中，将三维零件几何模型与三维电极几何模型沿高度方向进行离散切片。
[0017] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述步骤S30包括，
[0018] S31，在第一成型基片的表面溅射一层
锡膜；
[0019] S32，
熔化所述锡膜，将位于零件薄片结构轮廓以内的第一成型基片粘接于第一
基板上；
[0020] S33，去除第一成型基片位于零件薄片结构轮廓外的部分。
[0021] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述步骤S33中，根据零件薄片轮廓数据，使用激光沿第一成型基片的轮廓
位置进行扫描切割，得到零件基片。
[0022] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述步骤S30还包括，
[0023] S34，第二成型基片的表面溅射一层锡膜；
[0024] S35，熔化所述锡膜，将位于电极薄片结构轮廓数据以外的第二成型基片粘接于第二基板上；
[0025] S36，去除第二成型基片位于电极薄片结构轮廓以内的部分。
[0026] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述S36步骤中，根据电极薄片轮廓数据，使用激光沿第二成型基片的轮廓位置进行扫描切割，得到电极基片。
[0027] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，在所述步骤S30中，根据零件薄片轮廓数据以及电极薄片轮廓数据，使用激光扫描锡膜，使锡膜熔化。
[0028] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述S50步骤中，调整三维电极和/或基础零件的位置，使基础零件进入三维电极的内腔中，并且三维电极与基础零件的中心对齐。
[0029] 根据本发明的另一些实施例的基于电火花加工的零件加工方法，所述S50步骤中，三维电极的内腔壁面与基础零件的外部壁面之间保持5-10微米间距。
附图说明
[0030] 图1是三维零件几何模型一个实施例的结构示意图；
[0031] 图2是三维零件离散切片后的几何模型；
[0032] 图3是三维电极几何模型一个实施例的结构示意图；
[0033] 图4是三维零件离散切片后的几何模型；
[0034] 图5是零件基片叠加过程中第一基板的结构示意图；
[0035] 图6是三维极片与基础零件的加工示意图；
[0036] 图7是三维零件表面台阶加工示意图。
具体实施方式
[0037] 以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0038] 在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039] 在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0040] 本实施例中的基于电火花加工的零件加工方法包括如下步骤：
[0041] S10，制作互补的三维零件几何模型100及三维电极600几何模型；
[0042] S20，基于三维零件几何模型100进行离散切片，得到多个零件薄片结构110，并获取每一零件薄片结构110的轮廓数据，基于三维电极600几何模型进行离散切片，得到多个电极薄片结构210，并获取每一电极薄片结构210的轮廓数据；
[0043] S30，设置第一成型基片300及第二成型基片，根据零件薄片结构110的轮廓数据以及电极薄片结构210的轮廓数据切割第一成型基片300及第二成型基片，得到多个零件基片与电极基片；
[0044] S40，叠加零件基片拟合成基础零件500，叠加电极基片拟合成三维电极600，三维电极600的内腔的整体尺寸大于基础零件500的整体尺寸；
[0045] S50，将基础零件500置于三维电极600的内腔中，并向基础零件500与三维电极600通入电源，使基础零件500与三维电极600之间进行电火花放电，获取三维零件。
[0046] 通过设计三维几何模型并进行离散型切片，根据切片后的零件轮廓数据及电极轮廓数据制备三维叠层零件以及与其互补的三维叠层电极，使三维叠层零件与三维叠层电极的结构适配，便于三维叠层零件与三维叠层电极之间进行电火花放电，通过三维零件与三维电极600之间的电火花放电，消除零件表面的台阶以及较为粗糙的切割边缘，从而提高通过叠层实体制造工艺所制备的零件形状精度及表面质量。
[0047] 本实施例中以立体棱柱结构为例，对零件加工过程进行说明，当然零件可根据实际加工需求，设定为其他情况。参照图1与图3，本实施例中的三维零件几何模型100设置为截面呈梯形的棱柱，三维极片几何模型200与三维零件模型互补，三维极片几何模型200设有内腔，该内腔的尺寸大于三维零件模型的尺寸，使三维零件模型能够置于该内腔内，便于进行后续的电火花加工。
[0048] 本实施例中的S10还包括如下步骤：
[0049] S11，通过三维计算机辅助软件设计三维零件几何模型100；
[0050] S12，以三维零件几何模型100为依据，建立与三维零件几何模型100互补的三维电极600几何模型。
[0051] 在一些实施例中，可根据预先设计的三维零件尺寸及三维电极600尺寸通过CAD软件系统进行
三维建模，以保证三维零件与三维电极600后续加工时尺寸的精确性。
[0052] 在S20步骤中，沿同一方向(可以是三维零件模型的高度方向)对三维零件几何模型100以及三维电极600几何模型进行离散切片，从而得到多个零件薄片结构110以及多个电极薄片结构210。需要说明的是，在离散切片过程中，保持三维零件几何模型100与三维电极600几何模型的切片厚度及切片次数相同，便于后期三维电极600与三维零件之间的结构适配以及电火花加工；并且零件薄片结构110之间、电极薄片结构210之间以及零件薄片结构110与电极薄片结构210之间相互平行，使各零件薄片结构110之间、各电极薄片结构210之间能够紧密贴合，提高三维零件与三维电极600的成型精度。三维零件几何模型100切片完成后如图2所示，三维极片几何模型200切片完成后如图4所示，离散切片完成后，获取每一层零件薄片结构110以及每一层电极薄片结构210的轮廓数据，为后续零件及电极加工提供依据。
[0053] 需要说明的是，S10步骤中的是三维几何模型制作以及三维电极600几何模型制作不做先后顺序，可同时进行；S20步骤中的对三维零件几何模型100离散切片以及对三维电极600几何模型离散切片不分先后顺序，可同时进行。
[0054] 本实施例中的S30步骤还包括：
[0055] S31，在第一成型基片300的表面溅射一层锡膜；
[0056] S32，熔化锡膜，将位于零件薄片结构110轮廓数据以内的第一成型基片300粘接于第一基板上；
[0057] S33，去除第一成型基片300位于轮廓外的部分。
[0058] 第一成型基片300与第二成型基片可采用金属箔，该金属箔的材料可以是不锈
钢、钢、钨、
铝、镍等金属材料；本实施例中的第一成型基片300采用304
不锈钢箔，第二成型基片采用
铜箔。
[0059] 具体的，参照图5与图6，第一成型基片300的表面溅射一层锡膜，将溅射锡膜后的第一成型基片300置于零件加工工位(图6中左侧)，以获取的零件薄片结构110的轮廓数据为依据，使用激光头400发射的激光扫描零件薄片结构110在轮廓内的锡膜，使锡膜熔化，然后将零件薄片结构110在轮廓以内的部分粘接到第一基板上，使零件薄片结构110固定于第一基板上；根据零件薄片结构110的轮廓数据，使用激光沿第一成型基片300在所设定的轮廓处进行扫描切割，使第一成型基片300基于设定轮廓处分隔为两个部分，去除第一成型基片300位于轮廓外的部分，得到零件基片；然后对下一零件薄片结构110进行溅射锡膜、锡膜熔化以及切割操作，直至所有的零件薄片结构110全部加工为零件基片。
[0060] 本实施例中的S30步骤还包括：
[0061] S34，第二成型基片的表面溅射一层锡膜；
[0062] S35，熔化锡膜，将位于电极薄片结构210轮廓数据以外的第二成型基片粘接于第二基板上；
[0063] S36，去除第二成型基片位于轮廓以内的部分。
[0064] 具体的，与零件薄片结构110的加工方法类似，在第二成型基片的表面溅射锡膜，将溅射锡膜后的第二成型基片置于电极加工工位(图6中右侧)，以获取的电极薄片结构210的轮廓数据为依据，使用激光
扫描电极薄片结构210在轮廓外的锡膜，使锡膜熔化，然后将电极薄片结构210在轮廓以外的部分粘接到第二基板上，使电极薄片结构210固定于第二基板上；根据电极薄片结构210的轮廓数据，使用激光沿第二成型基片在所设定的轮廓处进行扫描切割，使第二成型基片基于设定轮廓处分隔为两个部分，去除第二成型基片位于轮廓内的部分，得到电极基片；然后对下一电极薄片结构210进行溅射锡膜、锡膜熔化以及切割操作，直至所有的电极薄片结构210全部加工为电极基片。
[0065] 需要说明的是，上述的基片加工过程设有两个加工工位分别进行电极极片与零件基片的加工，在实际加工过程中，可根据加工情况按需设置为一个加工工位。上述的锡膜厚度可根据零件的实际加工需求选择，本实施例中的锡膜厚度设置为2微米，另外，锡膜熔化以及零件薄片结构110、电极薄片结构210切割过程中所采用激光功率不同，保证
激光切割零件薄片结构110的过程中不会损坏第一基板和第二基板，并且能够实现锡膜融化。
[0066] 将上述加工完成的零件基片按照三维零件几何模型100进行叠加拟合，形成三维基础零件500，将上述加工完成的电极基片按照三维电极600几何模型进行叠加拟合，形成三维电极600；零件基片的叠加拟合与电极基片的叠加拟合步骤部分先后，可同时进行。上述的拟合是指零件基片沿其高度方向通过熔化后的锡膜进行粘结，形成完整的基础零件500，以及电极基片沿其高度方向通过熔化后的锡膜进行粘接，形成完整的三维电极600。拟合完成后的三维电极600与基础零件500的结构互补，三维电极600内设有内腔，该内腔的整体尺寸大于基础零件500的整体尺寸，以保证基础零件500能够置于该内腔中进行电火花加工。
[0067] 随后进行电火花加工，参照图7，图7以对三维电极600及基础零件500剖面的形式示出了电火花加工过程的示意图，在S50步骤中，调整三维电极600和/或基础零件500的位置，将基础零件500至于三位电极的内腔中，向三维电极600接高频脉冲直流电源700的正极，基础零件500接高频脉冲直流电源700的负极，在高频脉冲直流电源700的作用下，三维电极600与基础零件500之间会产生微细电火花放电，在微细电火花放电的作用下，基础零件500表面的台阶会被逐渐加工直至完全消除，得到三维零件，提高了三维零件的成形精度，此外，在微细电火花放电的影响下，基础零件500的切割边缘会被首先加工，克服了三维零件因切割而导致的表面粗糙的缺陷，提高了三维零件的表面质量。
[0068] 需要说明的是，基础零件500的外部壁面与三维电极600的内腔内壁之间保持5-10微米，以优化电火花放电对基础零件500的加工效果。另外，本文中所提到的“互补”是指，三维零件的外形与三维电极600的内腔外形相似，切三维电极600的内腔尺寸大于三维零件的尺寸；可以想到的是，在一种理想的情况中，在三维零件置于三维电极600的内腔中后，达到一种三维零件表面的任意地方与三维电极600内腔的内壁之间的间隔一致的状态，以提高电火花放电的加工效果。
[0069] 电火花
放电加工过程可采用外置的加工设备辅助进行，如，设置能够驱动三维电极600或者三维零件升降(沿Z轴)、旋转(沿Z轴或者Y轴)、移动(沿X轴或者Y轴)的装置。因本实施例中的三维零件以及三维电极600的内腔形状设置为截面为梯形的棱柱，其具有一个大端和小端，通过该驱动装置旋转和/或移动三维电极600，以使三维电极600的大端对准基础电极的小端，便于基础零件500进入三维电极600的内腔中(若将三维零件设置为其他情况，则可以不需进行上述位置调整)；将三维电极600的中心与基础零件500的中心对齐，使基础零件500恰好位于三位电极内腔的中心处，保证基础零件500的所有位置均能接受电火花的放电作用；需要说明的是，在电火花放电过程中，还可沿X轴、Y轴或Z轴调整三维电极600的位置，以对基础零件500的每一位置进行针对性加工；基础零件500加工完成后，对基础零件500的表面质量进行检查，若存在加工不符合要求的情况，还可重新放入三维电极
600内进行再次加工，以保证三维零件的加工质量。
[0070] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
