Технология полировки различных поверхностей свободной формы

Гонконгский политехнический университет, Hong Kong Polytechnic University, PolyU, разработал новую технологию многоструйной полировки с адаптивной кривизной, multi-jet polishing, MJP, для различных типов поверхностей произвольной формы, то есть поверхностей без оси симметрии, которые широко используются в таких высококачественных продуктах, как составные линзы устройств трехмерного изображения, линзы индикаторов на лобовых стеклах, используемые в авиационной и автомобильной промышленности, оптические компоненты гарнитур дополненной реальности и виртуальной реальности. Основными целями исследования данной технологии были повышение эффективности использования времени и улучшение качества поверхности. Эта технология может удовлетворить строгим требованиям по сверхточности и высокой эффективности при полировке, способствуя тем самым уменьшению шероховатости поверхности в таких продуктах с высокой добавленной стоимостью, как искусственные суставы, лопатки турбин самолетов и другие компоненты со сложной геометрической формой. Технологический прорыв PolyU в области высококачественного полирования значительно повысит эффективность производства высокоточного оборудования.

Передовой подход разработан на основе современной технологии Fluid Jet Polishing, FJP, сверхточной технологии бесконтактного полирования, которая состоит в перекачивании предварительно смешанной суспензии из абразивных частиц и воды через регулируемое сопло непосредственно к обрабатываемой поверхности с соответствующей скоростью. Так качество отделки поверхности изделия произвольной формы доводится до желаемого.

Исследовательская группа PolyU изготовила и настроила многоструйные форсунки, а также разработала компьютерную систему автоматизации процесса и контроля давления жидкости и времени воздействия каждой струи в соответствии с формой, изменением кривизны и требованиями к качеству поверхности детали.

Технология, о которой идет речь, может быть применена к большинству продуктов произвольной формы. К различным сложноизогнутым конструкциям. Кроме того, с ее помощью может производиться отделка внутренней поверхности трубчатых изделий.

Подобно FJP, подход MJP также предполагает высокую точность обработки, подходит для полирования сложных поверхностей и не вызывает износа инструмента и повышения температуры заготовки во время полирования.

Однако MJP обладает дополнительными преимуществами в области сверхточной полировки. С помощью этого подхода можно, преодолев ограничения FJP, увеличить скорость удаления материала и эффективность полировки крупномасштабных поверхностей, поверхностей линзовых массивов и внутренних поверхностей.

Более высокая по сравнению с эффективностью FJP эффективность MJP подтверждена в ходе эксперимента. Полировка по технологии FJP массива блоков линз 4x4 заняла около 320 минут, так как линзы полировалась одна за другой, а на каждый блок уходило 20 минут.

Однако, если используется инструмент MJP, полировка всех линз занимает всего 20 минут, поскольку они были полируются одновременно. Возглавляя этот инновационный проект, профессор Бенни Чон, руководитель State Key Laboratory of Ultra-precision Machining Technology PolyU, говорил, что обработка поверхности, особенно свободной формы, может быть дорогой, длительной, трудоемкой и чреватой ошибками.

Подход FJP имеет свои ограничения по эффективности, поэтому он используется только на небольших поверхностях. MJP же может применяться в различных областях промышленности. При изготовлении высокоточных оптических компонентов и форм, аэрокосмических компонентов, автомобильных систем, полупроводниковых установок, а также в биомедицинской промышленности.

Красота решения MJP заключается в высокой эффективности и низкой стоимости без ущерба для качества полировки. Стоимость конструирования и производства станка MJP, разработанного PolyU, составит всего лишь две трети стоимости коммерческого станка FJP.

Кроме того, система MJP может быть адаптирована и интегрирована в существующие полировальные станки или робот-манипуляторы, что еще больше сократит затраты на настройку. В 2019 году данная технология получила серебряную медаль, а также две награды за особые заслуги на 47-й международной выставке изобретений в Женеве.

Исследовательская группа планирует дальнейшее совершенствование технологии путем разработки устройства, пригодного для подключения пространственных принтеров с целью повышения эффективности последующей обработки печатаемых на этих принтерах сложных компонентов.