TWI674172B - 立體研磨工具及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種立體研磨工具及其製造方法，該立體研磨工具包括一基座以及一立體研磨層，該立體研磨層包括複數個研磨單元，且該些研磨單元排列為一單層結構或彼此堆疊為一多層結構。該些研磨單元係經加法製造形成並具有厚度，使之具有一多面體結構、一球面體結構、一非球面體結構、或其組合。該立體研磨層在各個方向都可以提供均勻且完整的結構強度，可大幅提升該立體研磨工具的結構強度及使用壽命。

Description

立體研磨工具及其製造方法

本發明關於一種研磨工具，尤指一種具有立體研磨層，故於任何角度都可均勻受力的立體研磨工具，以及製造該立體研磨工具的方法。

研磨工具一般由粗顆粒的磨料結合基座而形成，廣泛地應用在工件的研磨、拋光或切割。隨著基座樣貌的不同，亦可形成以具有輪狀、盤狀等不同的橫截面樣貌。

近年來因為3D列印技術興起，因為不需要製作模具即可得到結構複雜的產品，不只精準、生產速度也快，部分團隊開始嘗試透過3D列印技術打造理想的研磨工具。譬如，中國發明申請公開號CN105563352A揭示一種金屬結合劑蜘蛛網狀平面鑽石砂輪及其3D印刷技術，係利用雷射燒結3D列印技術在一過渡層上直接製得一蜘蛛網狀工作層，該蜘蛛網狀工作層包括實體及空隙，其在該工作層之工作面上沿著徑向與周向分布而構成以提供空隙，實現斷續磨削，可有效地改善散熱問題以降低磨削加工熱損耗。

同一申請人之中國發明申請公開號CN105649538A亦揭示一種柵格狀工作層鑽石鑽頭及其3D印刷技術，其柵格狀工作層是由實體與空隙體沿徑向與周向分布構成，且該鑽頭係由柵格狀工作層與非工作層、鑽頭剛體共同構成，並以雷射燒結3D列印技術在非工作層形成柵格狀工作層，藉由減少工作層與岩體的接觸面積來增加鑽壓，增加磨粒的出刃並提高磨削效率。

本發明之申請人在中華民國專利公告號I543848所揭示的超微細磨粒砂輪製造方法中，教示利用一第一成形製程在一基材上形成結合劑層後，再透過一第二成形製程在該結合劑層上形成超細磨粒層。於說明書中提到該第一成形製程及該第二成形製程可為3D列印製程、網版印刷製程、刮刀塗佈製程、或為噴塗製程。

然而在使用的過程中，包括上述前案在內的研磨工具會漸漸產生損耗而必須進行修整；此外，也會因為受力不均勻使得該些研磨工具的耗損程度不同，導致研磨效果不佳。有鑑於此，有必要開發一種新穎研磨工具，除了追求研磨或切割的性能之外，也針對其結構進一步強化以延長該研磨工具的使用壽命。

該些先前技術的研磨工具，因不具有立體多層結構，因此也如同其他先前技術的研磨工具一般會產生研磨工具強度不足的問題。本發明的主要目的即在解決習知研磨工具在結構強度及使用壽命不足的缺點。

為了達到上述目的，本發明提供一種立體研磨工具，其在各個方向上都可以提供均勻且足夠的結構強度，進而大幅度地提升該立體研磨工具的研磨效能及使用壽命，並可應用在平面及曲面的加工中。該立體研磨工具包括：一基座；以及一設置於該基座一側的立體研磨層，該立體研磨層包括複數個研磨單元，該些研磨單元排列為一單層結構或彼此堆疊為一多層結構；其中，該些研磨單元係經一加法製造形成並具有一厚度，且該些研磨單元並具有複數個多面體結構、複數個球面體結構、複數個非球面體結構、或其組合。

本發明一實施例中，該加法製造係為3D列印法。

本發明一實施例中，該立體研磨層之一工作面係為一平面，此時，該立體研磨層係為具有一實心結構之該研磨單元之結構、具有一空心結構之該研磨單元之結構、或混合有一實心結構之該研磨單元及一空心結構之該研磨單元之結構。

本發明一實施例中，該立體研磨層之一工作面係為一曲面，此時，該立體研磨層係為混合有一實心結構之該研磨單元及一空心結構之該研磨單元之結構。

本發明一實施例中，該些研磨單元的組成含有一結合層以及複數個散佈於該結合層之研磨顆粒。

本發明一實施例中，該結合層之材質係一金屬材料、一樹脂材料、一陶瓷材料、或其組合。

本發明一實施例中，該研磨顆粒係為鑽石、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、立方氮化硼、或其組合。

本發明一實施例中，該些多面體結構係為一多面角錐體。

本發明一實施例中，該些多面體結構係為一多面角柱體。

本發明一實施例中，基座為一圓盤、一圓輪、或一柄軸。

本發明更提供一種立體研磨工具之製造方法，包括：提供一基座；以及以一加法製造在該基座之一側形成一立體研磨層，該立體研磨層包括複數個研磨單元，該些研磨單元排列為一單層結構或彼此堆疊為一多層結構，該些研磨單元係經一加法製造獲得並具有一厚度，且該些研磨單元具有複數個多面體結構、複數個球面體結構、複數個非球面體結構、或其組合。

本發明一實施例中，該加法製造係為3D列印法。

本發明一實施例中，該立體研磨層之一工作面係為一平面，此時，該立體研磨層係為具有一實心結構之該研磨單元之結構、具有一空心結構之該研磨單元之結構、或混合有一實心結構之該研磨單元及一空心結構之該研磨單元之結構。

本發明一實施例中，該立體研磨層之一工作面係為一曲面，此時，該立體研磨層係為混合有一實心結構之該研磨單元及一空心結構之該研磨單元之結構。

本發明一實施例中，係將複數個研磨顆粒與一結合材料混合之後獲得該研磨單元。

本發明一實施例中，係先以一結合材料形成為一結合層後，令複數個研磨顆粒黏附於該結合層以獲得該研磨單元。

本發明一實施例中，該結合材料係一金屬材料、一樹脂材料、一陶瓷材料、或其組合。

本發明一實施例中，該研磨顆粒係為鑽石、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、立方氮化硼、或其組合。

本發明一實施例中，該些多面體結構係為一多面角錐體。

本發明一實施例中，該些多面體結構係為一多面角柱體。

本發明一實施例中，該基座為一圓盤、一圓輪、或一柄軸。

是以，本發明相較於習知技術所能達到的功效在於：

(1)相較於包括中國發明申請公開號CN105563352A、CN105643598A、以及中華民國專利公告號I543848在內的不具有立體多層結構的研磨工具，本發明的立體研磨層在各個方向都可以提供均勻且完整的結構強度，故可大幅提升該立體研磨工具的結構強度及使用壽命。

(2)包括中國發明申請公開號CN105563352A、CN105649538A、以及中華民國專利公告號I543848在內的研磨工具，受限於其結構，無法應用在包括球面、非球面、或自由曲面在內的曲面加工，本發明藉由改變該立體研磨層的結構或尺寸，可調整該立體研磨工具的研磨性能，使該立體研磨工具的應用不僅僅限於平面加工亦可應用於曲面加工而更具彈性。

1‧‧‧柄部

10‧‧‧基座

20‧‧‧立體研磨層

21‧‧‧研磨單元

22‧‧‧結合層

23‧‧‧研磨顆粒

24‧‧‧工作面

D‧‧‧厚度

AA‧‧‧剖面

n‧‧‧層數

『圖1』，為本發明一實施例的磨盤示意圖。

『圖2A』，為『圖1』的具有平面工作面的立體研磨層示意圖。

『圖2B』，為『圖2A』一實施態樣中，AA剖面示意圖。

『圖2C』，為『圖2A』另一實施態樣中，AA剖面示意圖。

『圖2D』，為『圖2A』又一實施態樣中，AA剖面示意圖。

『圖3』，為本發明另一實施例中，立體研磨層圖案示意圖。

『圖4』，為本發明另一實施例中，立體研磨層圖案示意圖。

『圖5』，為本發明另一實施例中，立體研磨層圖案示意圖。

『圖6』，為本發明又一實施例中，立體研磨層圖案示意圖。

『圖7』，為本發明又一實施例中，具有曲面工作面的研磨工具剖面示意圖。

『圖8』，為本發明又一實施例中，具有曲面工作面的研磨工具剖面示意圖。

『圖9』，為本發明又一實施例中，具有曲面工作面的研磨工具剖面示意圖。

『圖10』，為本發明一實施例的磨輪示意圖。

『圖11A』，為本發明一實施例的鋸片示意圖。

『圖11B』，為本發明另一實施例的鋸片示意圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：『圖1』為本發明一實施例的立體研磨工具示意圖，係為一磨盤，其包括一圓盤狀基座10以及一設置於該基座10一側的立體研磨層20，且該立體研磨層20具有一工作面24。

本發明之立體研磨工具中，其工作面24可為一平面或一曲面，下文將以一具有平面工作面24之研磨工具以及一具有曲面工作面24之研磨工具分別進行說明。

關於具有平面工作面24之研磨工具，請續參考『圖2A』，該立體研磨層20包括複數個研磨單元21。本實施例中，該立體研磨層20具有n個堆疊層數，n為一正整數，其數值可視實際需要的研磨性能進行調整，舉例來說，n可為1，此時，該些研磨單元21排列為一單層結構；n也可以為2以上，譬如介於2至20之間，或者在其他實施例中n也可以大於20，此時該些研磨單元21彼此堆疊為一多層結構，本發明並未侷限於此。

該些研磨單元21的組成含有一結合層22以及複數個散佈於該結合層22之研磨顆粒23。每一研磨單元21均獨立地具有一厚度D，換言之，每一該研磨單元21的厚度D可彼此相同或不同。

本實施例中，每一該研磨單元21可具有規則排列的多面角椎體狀之多面體結構，且沿著『圖2A』的AA剖面可見，每一該研磨單元21可視需求獨立形成為一如『圖2B』之實心結構、一如『圖2C』之空心結構、或者一如『圖2D』之實心結構及空心結構混合之結構。

然而，本發明不僅限於上述形狀，『圖3』、『圖4』、『圖5』及『圖6』分別為本發明其他實施例的立體研磨層20圖案示意圖，其中，『圖3』為六角蜂巢狀的複數個多面體結構，或可稱其為複數個多面角柱體結 構；『圖4』為複數個球面體結構；『圖5』為複數個橢圓球體狀之非球面體結構；『圖6』則為複數個圓柱體結構。

堆疊形成為該立體研磨層20的該些研磨單元21彼此之間可具有相同的形狀，譬如，由複數個同為多面角椎體狀的多面體結構堆疊而形成；或者，該些研磨單元21彼此之間可具有不同的形狀，譬如，包括單層或彼此堆疊的多面體結構及圓柱體結構。

前述研磨工具的該工作面24為平面，其應用範圍主要在平面加工，但本發明不僅限於此，亦可設計使該立體研磨工具具有該曲面工作面24，俾應用於曲面加工中。

請續參考『圖7』、『圖8』及『圖9』，為本發明其他實施例中具有曲面工作面的研磨工具剖面示意圖。

本實施例中，該些研磨工具的該些研磨單元21較佳可如『圖8』及『圖9』所繪示地，為一實心結構及空心結構混合之結構，不僅可以提供連續研磨曲面，還能兼顧排屑效果。

除了該工作面24為曲面之外，其餘如該立體研磨層20圖案、堆疊層數等結構相關特徵，均如同前述該工作面24為平面之該立體研磨工具之實施例之描述，在此不另外贅述。

本實施例的立體研磨工具的製造方法，係經一3D列印之加法製造形成複數個研磨單元21後，再將由該些研磨單元21所組成的該立體研磨層20與適當的基座10結合而完成本發明之立體研磨工具；或者，亦可先提供適當的基座10，再於該基座10的一側利用譬如3D列印之加法製造形成包括有複數個研磨單元21的該立體研磨層20。

關於以3D列印製造該些研磨單元21的方法，於本發明一實施例中，可將複數個研磨顆粒與一結合材料混合之後，並透過一3D印表機的噴 頭噴出成形獲得該研磨單元；本發明另一實施例中，亦可選擇以一3D印表機先將一結合材料形成為一結合層後，趁著該結合材料固化為一結合層之前將複數個研磨顆粒黏附於該結合層上以獲得該研磨單元，此時，該些研磨顆粒可視需求而選擇性地黏附在該結合層的一側或兩側。上述之結合材料可為一金屬材料、一樹脂材料、一陶瓷材料，或可為上述之任意組合，譬如該金屬材料與該樹脂材料之組合；該研磨顆粒可為鑽石、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、立方氮化硼、或上述所列舉之研磨顆粒之任意組合。

再者，本發明之立體研磨工具並不僅限於上述之磨盤，譬如，當基座10為一圓輪時，透過3D列印形成複數個研磨單元21，以立體研磨層斷片(segment)方式黏貼至該基座10而獲得一磨輪，如『圖10』。而在另一實施例中，以一柄軸作為該基座10，並在該基座10之一側形成細長狀的立體研磨層20，可做為銼刀或鋸片，於『圖11A』為包含有一柄部1的態樣，然而，亦可形成為不包括該柄部1的態樣，如『圖11B』。

補充說明的是，在『圖10』的磨輪、『圖11A』及『圖11B』的鋸片中，其立體研磨層20的該工作面24亦可依需求設計，使該些立體研磨工具具有一平面工作面或一曲面工作面。

綜上所述，本發明具有以下特點：

(1)相較於不具有立體多層結構的研磨工具，本發明的立體研磨層在各個方向都可以提供均勻且完整的結構強度，故可大幅提升該立體研磨工具的結構強度及使用壽命。

(2)包括中國發明申請公開號CN105563352A、CN105649538A、以及中華民國專利公告號I543848在內的研磨工具，受限於其結構，無法應用在包括球面、非球面、或自由曲面在內的曲面加工，本發明藉由改變該立 體研磨層的結構或尺寸，可調整該立體研磨工具的研磨性能，使該立體研磨工具的應用不僅僅限於平面加工亦可應用於曲面加工而更具彈性。以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

Claims (13)

1. 一種立體研磨工具，包括：一基座；以及一設置於該基座一側的立體研磨層，該立體研磨層包括複數個研磨單元，該些研磨單元排列為一單層結構；其中，該些研磨單元係經一加法製造形成並具有一厚度，且該些研磨單元具有複數個多面體結構、複數個球面體結構、複數個非球面體結構、複數個圓柱體結構、或其組合。
2. 一種立體研磨工具，包括：一基座；以及一設置於該基座一側的立體研磨層，該立體研磨層包括複數個研磨單元，該些研磨單元排列且彼此堆疊為一多層結構；其中，該些研磨單元係經一加法製造形成並具有一厚度，且該些研磨單元具有複數個多面體結構。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該加法製造係為3D列印法。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該立體研磨層之一工作面係為一平面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之立體研磨工具，其中，該立體研磨層係為具有一實心結構之該些研磨單元之結構、具有一空心結構之該些研磨單元之結構、或混合有一實心結構之該些研磨單元及一空心結構之該些研磨單元之結構。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該立體研磨層之一工作面係為一曲面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之立體研磨工具，其中，該立體研磨層係為混合有一實心結構之該些研磨單元及一空心結構之該些研磨單元之結構。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該些研磨單元的組成含有一結合層以及複數個散佈於該結合層之研磨顆粒。
9. 如申請專利範圍第8項所述之立體研磨工具，其中，該結合層之材質係一金屬材料、一樹脂材料、一陶瓷材料、或其組合。
10. 如申請專利範圍第8項所述之立體研磨工具，其中，該研磨顆粒係為鑽石、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、立方氮化硼、或其組合。
11. 如申請專利範圍第1項所述之立體研磨工具，其中，該些多面體結構係為一多面角錐體。
12. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該些多面體結構係為一多面角柱體。
13. 如申請專利範圍第1或2項所述之立體研磨工具，其中，該基座為一圓盤、一圓輪、或一柄軸。