一種復雜曲面零件的3D打印修復方法

1、權(quán)利要求書1、一種零件的3D打印修復方法，所述零件存在缺損部位，且缺損處形成有不規(guī)則的曲面，其特征在于，該方法包括如下步驟：1）通過測量儀器掃描原始完整零件采集原始曲面模型數(shù)據(jù)；2）掃描零件缺損部分的不規(guī)則曲面，采用電流計在曲面外沿設置多個采樣的定位點；3）根據(jù)如下公式計算曲面外沿各個定位點的距離函數(shù)值S:其中，Semin表示定位點在X坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Symin表示定位點在y坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Szmin表示定位點在Z坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，k表示距離權(quán)值；4）將各個定位點的距離函數(shù)值由大至小依序排列，并根據(jù)如下公式

2、將序列中距離函數(shù)值最小的定位點V更新為V:其中，x,y,z分別為定位點V的三軸坐標值，x',y',z'分別為定位點V的三軸坐標值；5）循環(huán)步驟3）-4）直至不再出現(xiàn)新的定位點，通過循環(huán)更新替換過程，定位點從曲面的外沿往內(nèi)延伸，最終由原始定位點及更新后的定位點采樣得到完整的待修復曲面模型數(shù)據(jù)；6）將所述原始曲面模型數(shù)據(jù)與所述待修復曲面模型數(shù)據(jù)輸入CAD/CA啾件中進行三維重構(gòu)，然后輸出零件缺損部分的三維模型數(shù)據(jù)，將三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印設備中，最后得到零件的缺損部分的3D打印實體；7）將所述3D打印實體放入粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)進行拋光，當拋光結(jié)束后，取出工件，并擦拭干凈

3、。2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7）所述拋光包括如下步驟：I）將粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)的快連接頭與轉(zhuǎn)接頭分開，向上抬動手柄，將粘彈性磨粒流工作腔上腔體打開，將所述3D打印實體放入粘彈性磨粒流工作腔下腔體的配合圓柱槽內(nèi)，然后向粘彈性磨粒流工作腔下腔體中添加粘彈性磨粒流，當粘彈性磨粒流填滿下腔體后，蓋上粘彈性磨粒流上腔體；并用螺栓擰將粘彈性磨粒流工作上腔體與粘彈性磨粒流工作下腔體擰緊；然后通過快連接頭將第一抗磨軟管與粘彈性磨粒流工作腔上腔體上的轉(zhuǎn)接頭相連接；II）啟動調(diào)頻電機，調(diào)頻電機通過聯(lián)軸器帶動旋轉(zhuǎn)曲軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)曲軸帶動第一碾壓曲拐轉(zhuǎn)動，第一碾壓曲拐帶動第二碾壓曲拐旋轉(zhuǎn)，而第一碾壓

4、曲拐與第二碾壓曲拐在旋轉(zhuǎn)過程中不斷碾壓第一抗磨軟管，從而在第一抗磨軟管中產(chǎn)生真空，引起密封容積不斷變換，進而將粘彈性磨粒流從粘彈性磨粒流箱體中不斷抽吸上來，不斷碾壓到粘彈性磨粒流工作上腔體中，從而將粘彈性磨粒流不斷擠壓拋光3D打印復雜曲面表面；III）拋光結(jié)束后，拔下第二抗磨軟管上的快連接頭，反向轉(zhuǎn)動調(diào)頻電機，將粘彈性磨粒流工作上腔體及第一抗磨軟管中的殘留粘彈性磨料抽吸碾壓回粘彈性磨粒流料箱中，然后拔下第一抗磨軟管上的快連接頭，擰下螺栓，抬動手柄打開粘彈性磨粒流工作腔上腔體，取出工件，并擦拭干凈。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)曲軸分別通過前支撐圓錐滾子軸承和后圓錐滾子軸承固

5、定于安裝套筒內(nèi)，安裝套筒通過螺栓與連接殼體相連，連接殼體通過螺栓與調(diào)頻電極相連接，連接時調(diào)頻電機與連接殼體及安裝套筒依靠止口定位，連接殼體通過其自身的法蘭盤與粘彈性磨粒流箱體上的法蘭座通過螺紋連接。4、根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，第一抗磨軟管放置在具有定位槽的抗磨軟管箱體中，抗磨軟管箱體通過螺栓固定在安裝套筒上，在粘彈性磨粒流擠壓拋光3D打印復雜曲面過程中可通過蝶閥控制出口開度大小，從而控制流量大小，進而調(diào)整粘彈性磨粒流的拋光速度。5、根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于，在3D打印設備打印缺損部分的3D打印實體時，同時還打印與3D打印實體一體成型的定位圓柱，所述定位圓柱用于

6、在拋光時固定3D打印實體。6、根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的方法，其特征在于，軟管采用室溫硫化硅橡膠材料。7、根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的方法，其特征在于，零件為金屬零件。說明書一種復雜曲面零件的3D打印修復方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種3D打印方法，尤其涉及一種應用于具有復雜曲面的金屬零件的3D丁印修復方法。背景技術(shù)3D打印首先需要設計人員根據(jù)所打印產(chǎn)品的需求，設計產(chǎn)品的三維圖形，而以往此產(chǎn)品三維圖形，主要依靠設計人員的經(jīng)驗設計，或者依靠原產(chǎn)品的二維圖紙生成。3D打印技術(shù)如今已被廣泛應用于產(chǎn)品的制造中，而在產(chǎn)品的修復領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應用卻存在難點。這是由于某些產(chǎn)品的缺損表面往往是較為復雜的曲面，而不是

7、規(guī)則、光滑的曲面。復雜腔體或復雜曲面的加工一直是加工制造業(yè)的難題，而缺損的零部件待修復部分大都為復雜腔體與復雜曲面。目前隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，對復雜零件，特別是具有復雜腔體與復雜曲面的金屬零件加工可以產(chǎn)生新的思路。同時，3D打印成型的部件表面的較高粗糙度往往不利于“縫合”在原產(chǎn)品的破損處，而傳統(tǒng)的加工工藝又無法對3D打印件的復雜曲面進行有效的降糙加工。在現(xiàn)有技術(shù)中，一方面，一般采用掃描儀掃描零件，將點云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后細分曲面的方式獲得曲面，這種方法最大的優(yōu)點是算法簡單，容易得到一個光滑的曲面，但是其不適用于復雜的不規(guī)則的曲面提取。另一方面，目前磨粒流拋光的傳輸方式主要有兩種方法，第一種采用松散

8、低粘度磨粒流，其含固量低，采用泵直接抽吸式加工，但一般用于精加工表面的拋光，其拋光表面一般都在微米或亞微米級，而3D打印零件一般表面粗糙度在毫米級或亞毫米級，所以低含固量的磨粒流對其表面去處量較少，幾乎對粗糙表面無作用。第二種采用聚合粘彈性磨粒流，其含估量極高，采用泵閥不能夠抽吸，所以采用液壓缸活塞推動料缸活塞的方式直接擠壓聚合粘彈性磨粒流，但此方法，液壓系統(tǒng)的功率損失嚴重，特別是拆卸麻煩，并且加工一個零件首先需要研制專門的夾具，特別是3D打印金屬零件，其表面及其復雜，所以夾具研制非常麻煩，并不適用于3D打印復雜曲面的拋光。如何精確得到被損傷零件復雜的修復表面，以及如何獲得高品質(zhì)的3D打印產(chǎn)品

9、的表面質(zhì)量，則涉及到對原始待修復的復雜表面數(shù)據(jù)信息的準確提取，以及如何在超精密加工過程中對打印成型的復雜曲面表面的微觀材料進行去除，以實現(xiàn)高品質(zhì)的產(chǎn)品表面質(zhì)量。而上述兩個方面均是是目前急需解決的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種對待修復的復雜曲面進行高精度提取，并對打印成型后的零件缺損部分進行加工以降低曲面的粗糙度的3D打印修復方法。具體采用如下技術(shù)方案：方法包括如下步驟：1）通過測量儀器掃描完整原始零件采集原始曲面模型數(shù)據(jù)；2）掃描零件缺損部分的復雜曲面，采用電流計在曲面外沿設置多個采樣的定位點；3）根據(jù)如下公式計算曲面外沿各個定位點的距離函數(shù)值S:其中，Semin表示定位點在x坐標上

10、與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Symin表示定位點在y坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，SZmin表示定位點在Z坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，k表示距離權(quán)值；4）將各個定位點的距離函數(shù)值由大至小依序排列，并根據(jù)如下公式將序列中距離函數(shù)值最小的定位點V更新為V:其中，x,y,z分別為定位點V的三軸坐標值，x',y',z'分別為定位點V的三軸坐標值；5）循環(huán)步驟3）-4）直至不再出現(xiàn)新的定位點，通過循環(huán)更新替換過程，定位點從曲面的外沿往內(nèi)延伸，最終由原始定位點及更新后的定位點采樣得到完整的待修復曲面模型數(shù)據(jù)；6）將所述原始曲面模型數(shù)據(jù)與

11、所述待修復曲面模型數(shù)據(jù)輸入CAD/CA啾件中進行三維重構(gòu)，然后輸出零件缺損部分的三維模型數(shù)據(jù)，將三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印設備中，最后得到零件的缺損部分的3D打印實體；7）將所述3D打印實體放入粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)進行拋光，當拋光結(jié)束后，取出工件，并擦拭干凈。優(yōu)選地，步驟7）所述拋光包括如下步驟：I）將粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)的快連接頭與轉(zhuǎn)接頭分開，向上抬動手柄，將粘彈性磨粒流工作腔上腔體打開，將所述3D打印實體放入粘彈性磨粒流工作腔下腔體的配合圓柱槽內(nèi)，然后向粘彈性磨粒流工作腔下腔體中添加粘彈性磨粒流，當粘彈性磨粒流填滿下腔體后，蓋上粘彈性磨粒流上腔體；并用螺栓擰將粘彈性磨粒流工作上腔體與粘彈性磨

12、粒流工作下腔體擰緊；然后通過快連接頭將第一抗磨軟管與粘彈性磨粒流工作腔上腔體上的轉(zhuǎn)接頭相連接；II）啟動調(diào)頻電機，調(diào)頻電機通過聯(lián)軸器帶動旋轉(zhuǎn)曲軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)曲軸帶動第一碾壓曲拐轉(zhuǎn)動，第一碾壓曲拐帶動第二碾壓曲拐旋轉(zhuǎn)，而第一碾壓曲拐與第二碾壓曲拐在旋轉(zhuǎn)過程中不斷碾壓第一抗磨軟管，從而在第一抗磨軟管中產(chǎn)生真空，引起密封容積不斷變換，進而將粘彈性磨粒流從粘彈性磨粒流箱體中不斷抽吸上來，不斷碾壓到粘彈性磨粒流工作上腔體中，從而將粘彈性磨粒流不斷擠壓拋光3D打印復雜曲面表面；III）拋光結(jié)束后，拔下第二抗磨軟管上的快連接頭，反向轉(zhuǎn)動調(diào)頻電機，將粘彈性磨粒流工作上腔體及第一抗磨軟管中的殘留粘彈性磨料抽吸碾壓

13、回粘彈性磨粒流料箱中，然后拔下第一抗磨軟管上的快連接頭，擰下螺栓，抬動手柄打開粘彈性磨粒流工作腔上腔體，取出工件，并擦拭干凈。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)曲軸分別通過前支撐圓錐滾子軸承和后圓錐滾子軸承固定于安裝套筒內(nèi)，安裝套筒通過螺栓與連接殼體相連，連接殼體通過螺栓與調(diào)頻電極相連接，連接時調(diào)頻電機與連接殼體及安裝套筒依靠止口定位，連接殼體通過其自身的法蘭盤與粘彈性磨粒流箱體上的法蘭座通過螺紋連接。優(yōu)選地，第一抗磨軟管放置在具有定位槽的抗磨軟管箱體中，抗磨軟管箱體通過螺栓固定在安裝套筒上，在粘彈性磨粒流擠壓拋光3D打印復雜曲面過程中可通過蝶閥控制出口開度大小，從而控制流量大小，進而調(diào)整粘彈性磨粒流的拋光速度

14、。優(yōu)選地，在3D打印設備打印缺損部分的3D打印實體時，同時還打印與3D打印實體一體成型的定位圓柱，所述定位圓柱用于在拋光時固定3D打印實體。優(yōu)選地，軟管采用室溫硫化硅橡膠材料。優(yōu)選地，零件為金屬零件。本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：1、本發(fā)明的3D打印修復方法較之傳統(tǒng)手工修復有著精度高、成本低、易修改的優(yōu)點。2、本發(fā)明采用的復雜曲面提取算法可獲得與待修復的復雜表面相一致的三維實體模型，其效率大大高于三坐標測量儀。3、相比較傳統(tǒng)泵閥控制的松散低粘度磨粒流拋光以及液壓擠壓推動的聚合粘彈性磨粒流拋光，本發(fā)明采用電機直連傳輸曲軸，并通過曲軸碾壓抗磨軟管傳輸高含固量的粘彈性磨粒流，使軟管內(nèi)傳輸周期變化的容積

15、，從而將高含固量磨粒流直接輸送到3D打印成品工件的密封腔體內(nèi)拋光工件表面。4、通過快換接頭直接連接軟管，拆卸方便，軟管采用室溫硫化硅橡膠材料，其對溫度變化不敏感，而且其抗磨損，當粘彈性磨粒流的反復高速通過其表面時，不能磨損輸送軟管。5、選用變頻電機，可以變頻調(diào)節(jié)碾壓速度，從而可以根據(jù)工件的復雜程度控制碾壓軟管速度。6、采用3D打印零件時自身生產(chǎn)定位圓柱，不用研制專門的拋光夾具。附圖說明圖1是本發(fā)明的方法流程圖。圖2是本發(fā)明的粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3是室溫硫化硅橡膠軟管密封容積變化圖。具體實施方式1-粘彈性磨粒流箱體；2-法蘭座；3-變頻電機；4-聯(lián)軸器；5-連接殼體；6-安裝套筒；7-

16、抗磨軟管箱體；8-前支撐圓錐滾子軸承；9-旋轉(zhuǎn)曲軸；10-后支撐圓錐滾子軸承；11-密封圈；12-轉(zhuǎn)接頭；13-蝶閥；14-工作腔與箱體連接螺栓；15-快連插頭：16-第一抗磨軟管；17-第二抗磨軟管；18-快連接頭；19-3D打印件；20-粘彈性磨粒流工作腔上腔體；21-上下工作腔體連接螺栓；22-粘彈性磨粒流工作腔下腔體；23-轉(zhuǎn)接頭；24-手柄25法蘭；26-第一碾壓曲拐；27-第二碾壓曲拐；28-螺栓；29-螺栓；30-螺栓；如圖1所示，本發(fā)明的方法包括如下步驟：1）通過測量儀器掃描原始零件采集原始曲面模型數(shù)據(jù)；2）掃描零件缺損部分的復雜曲面，采用電流計在曲面外沿設置多個采樣的定位點；

17、3）根據(jù)如下公式計算曲面外沿各個定位點的距離函數(shù)值S:其中，Semin表示定位點在X坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Symin表示定位點在y坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Szmin表示定位點在Z坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，k表示距離權(quán)值；4）將各個定位點的距離函數(shù)值由大至小依序排列，并根據(jù)如下公式將序列中距離函數(shù)值最小的定位點V更新為V:其中，x,y,z分別為定位點V的三軸坐標值，x',y',z'分別為定位點V的三軸坐標值；5）循環(huán)步驟3）-4）直至不再出現(xiàn)新的定位點，通過循環(huán)更新替換過程，定位點從曲面的外沿往內(nèi)延伸，最終

18、由原始定位點及更新后的定位點采樣得到完整的待修復曲面模型數(shù)據(jù)；6）將所述原始曲面模型數(shù)據(jù)與所述待修復曲面模型數(shù)據(jù)輸入CAD/CA啾件中進行三維重構(gòu)，然后輸出零件缺損部分的三維模型數(shù)據(jù)，將三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印設備中，最后得到零件的缺損部分的3D打印實體；7）將所述3D打印實體放入粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)進行拋光。粘彈性磨粒流拋光系統(tǒng)如圖2所示，其對3D打印實體的拋光過程如下：首先，將快連接頭18與轉(zhuǎn)接頭23分開，然后向上抬動手柄24,將粘彈性磨粒流工作腔上腔體20打開，將帶有長定位圓柱的3D打印零件19放入粘彈性磨粒流工作腔下腔體22的配合圓柱槽內(nèi)，然后向粘彈性磨粒流工作腔下腔體22中添加粘彈性

19、磨粒流，當粘彈性磨粒流填滿下腔體后，蓋上粘彈性磨粒流上腔體20;并用螺栓擰21將粘彈性磨粒流工作上腔體20與粘彈性磨粒流工作下腔體21擰緊；然后通過快連接頭將第一抗磨軟管16與粘彈性磨粒流工作腔上腔體20上的轉(zhuǎn)接頭23相連接；其次，啟動調(diào)頻電機3,從而調(diào)頻電機3通過聯(lián)軸器4帶動旋轉(zhuǎn)曲軸9轉(zhuǎn)動。其中旋轉(zhuǎn)主軸分別通過前支撐圓錐滾子軸承8和后圓錐滾子軸承10固定于安裝套筒6內(nèi)，而安裝套筒6通過螺栓29與連接殼體5相連，而連接殼體5通過螺栓30與調(diào)頻電極3相連接，連接時調(diào)頻電機3與連接殼體5及安裝套筒6依靠止口定位。另外連接殼體5通過其自身的法蘭盤與粘彈性磨粒流箱體1上的法蘭座通過螺紋連接。再次，旋轉(zhuǎn)曲軸9分別帶動起其自身的曲拐26,與曲拐27旋轉(zhuǎn)，而曲拐26和曲拐27在旋轉(zhuǎn)過程中不斷碾壓第一抗磨軟管16,從而在第一抗磨軟管中產(chǎn)生真空，引起密封容積不斷變換，從而將粘彈性磨粒流從粘彈性磨粒流箱體1中不斷抽吸上來，而不斷碾壓到粘彈性磨粒流工作上腔體20中，從而將粘彈性磨粒流不斷擠壓拋光3D打印復雜曲面表面。其中，第一抗磨軟管放置在具有定位槽的抗磨軟管箱體中，而抗磨軟管箱體通過螺栓28固定在安裝套筒6上。另外在粘彈性磨粒流擠壓拋光3