[发明专利]一种修复金属零件的高精度3D打印系统

权利要求书

1.一种修复金属零件的3D打印系统，所述金属零件存在缺损部位，且缺损处形成有不规则的曲面，其特征在于，该系统包括：

数据采集运算单元，用于采集并运算得到完整金属零件的原始曲面模型数据以及不规则的待修复曲面模型数据；

三维模型生成单元，用于将数据采集单元发送的原始曲面模型数据以及不规则的待修复曲面模型数据进行三维重构，形成零件缺损部位的三维模型数据；

3D打印单元，用于将所述三维模型数据打印成零件缺损部位的3D打印实体；

粘弹性磨粒流抛光单元，用于抛光所述3D打印实体，其包括粘弹性磨粒流箱体、法兰座、调频电机、联轴器、连接壳体、安装套筒、抗磨软管箱体、前支撑圆锥滚子轴承、旋转曲轴、后支撑圆锥滚子轴承、密封圈、转接头、蝶阀、工作腔与箱体连接螺栓、快连插头、第一抗磨软管、第二抗磨软管、快连接头、粘弹性磨粒流工作腔上腔体、上下工作腔体连接螺栓、粘弹性磨粒流工作腔下腔体、第一碾压曲拐、第二碾压曲拐；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机相连接，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，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；

所述粘弹性磨粒流抛光单元抛光所述3D打印实体的方式如下：

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，将所述零件缺损部位实体产品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,旋转曲轴分别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，然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。

2.如权利要求1所述的修复金属零件的3D打印系统，其特征在于，所述数据采集运算单元通过如下方式得到完整金属零件的原始曲面模型数据以及不规则的待修复曲面模型数据：

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复杂曲面，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，S_xmin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，S_ymin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，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；

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。

3.根据权利要求1或2所述的修复金属零件的3D打印系统，其特征在于，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。

4.根据权利要求3所述的修复金属零件的3D打印系统，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。

5.根据权利要求4所述的修复金属零件的3D打印系统，其特征在于，软管采用室温硫化硅橡胶材料。