针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法，其包括步骤：S1，建立待成形的实体的3D模型；S2，对步骤S1中的待成形的实体的3D模型利用分层切片软件进行分层处理；S3，在工作台的工作面上铺设粉末材料，形成第1层粉末层；S4，形成待成形的实体的3D模型第n(n＝1,2,…N)层所要成形的截面；S5，烧结并形成待成形的实体的3D模型第n+1层的截面；S6，通过循环步骤S4和S5逐层烧结，直至待成形的实体的3D模型第N层的截面扫描烧结完成，得到已成形的实体；S7，去除步骤S6中得到的已成形的实体的支撑结构，得到工件的悬垂结构。本发明专利技术能保证支撑结构的支撑强度和稳定性，以顺利成形得到工件的悬垂结构。

Manufacturing Method of Metal Addition for Drape Structure of Workpiece

The invention provides a method for manufacturing metal additives for hanging structure of workpiece, which includes steps: S1, establishing 3D model of the entity to be formed; S2, layering the 3D model of the entity to be formed by using layered slicing software; S3, laying powder material on the working face of worktable to form the first layer of powder layer; S4, forming 3 of the entity to be formed. D model n (n = 1,2,... The section of N layer to be formed; S5, sintering and forming the section of the n+1 layer of the 3D model of the entity to be formed; S6, sintering through cycle 4 and S5 layer by layer until the section of the N layer of the 3D model of the entity to be formed is scanned and sintered, and the formed entity is obtained; S7, removing the support structure of the formed entity obtained in section 6, and obtaining the hanging structure of the workpiece. The invention can ensure the support strength and stability of the support structure, and obtain the hanging structure of the workpiece by forming smoothly.

【技术实现步骤摘要】
针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法
本专利技术涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法。
技术介绍
金属增材制造技术采用层层堆积原理来成形工件，增材制造俗称3D打印。金属增材制造技术采用计算机三维设计软件制作工件的三维模型，然后利用分层切片软件进行分层处理，通过激光束逐层熔化粉末来进行激光烧结，以成形工件。在成形工件时，工件包括具有悬空部分的悬垂结构，需要给工件的悬垂结构添加支撑结构以支撑悬空部分，在工作台和悬垂结构的悬垂面之间生成支撑结构，对工件进行支撑以防止工件坍塌或翘曲变形，从而提高工件的成形精度。目前在金属增材制造技术中常用的支撑结构分为薄壁支撑和实体支撑两大类。在已知技术中支撑结构通常是从工作台上自下而上开始成形，沿平行于工作台的方向在工作台上铺粉。对于悬垂结构高度较低的待成形的工件，所需支撑结构的高度对应也不高，对支撑结构的强度要求低，工件易于成形。但对于高度较高的悬垂结构，在工作台上直接成形支撑结构，则支撑结构所要成形的高度相应也较高，对支撑结构的强度要求相应也提高，若采用薄壁支撑，则支撑结构强度低、易变形，容易受热应力影响而断裂，从而造成成形工件失败；若采用实体支撑，虽然支撑结构强度较高，但支撑结构的成形时间长，会浪费材料，并且成形完成后支撑结构的去除困难，在已知技术中，针对高悬垂结构设计倾斜的支撑结构，即从工作台上开始成形支撑结构，按照与高度方向成一定角度(例如45度或60度)的方向斜向成形，倾斜的支撑结构多采用薄壁支撑，在成形过程中由于与成形方向倾斜一定角度，若倾斜的方向和铺粉方向相逆可能会被铺粉系统(包括用于铺粉的刮刀等)破坏，从而减弱支撑强度。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法，其能保证支撑结构的支撑强度和稳定性，以顺利成形得到工件的悬垂结构。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法，包括步骤S1、S2、S3、S4、S5、S6以及S7。S1，建立待成形的实体的3D模型，待成形的实体包括工件的悬垂结构和用于支撑悬垂结构的支撑结构；悬垂结构包括悬垂部以及从悬垂部的端部沿高度方向向下延伸的悬臂部；支撑结构包括多个平行于悬臂部排列的竖支撑板、位于多个竖支撑板上方的横支撑板以及位于横支撑板上方的筒部，筒部具有空腔；支撑结构布置于悬垂部的下方，筒部连接于悬垂部的悬垂面；待成形实体在高度方向上的高度为H，悬垂部的悬垂面在高度方向上的高度为H1，悬垂面在长度方向上的长度为l；悬垂结构为高悬垂结构，高度H1与长度l的比值大于0.5；支撑结构的底表面在高度方向上的高度为H2；S2，对步骤S1中的待成形的实体的3D模型利用分层切片软件进行分层处理，将待成形的实体的3D模型沿高度方向分成N层，分层厚度为d，得到各层所要成形的截面的轮廓信息；高度H对应第N层截面，高度H1对应第N1层截面，高度H2对应第N2层截面，当成形第n层截面且1≤n＜N2时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N2≤n＜N1时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部在第n层截面的轮廓信息和支撑结构在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N1≤n≤N时，第n层截面的轮廓信息包括悬垂部在第n层截面的轮廓信息；S3，在工作台的工作面上铺设粉末材料，形成第1层粉末层；S4，根据第n层(n＝1,2,…N)截面的轮廓信息，通过激光束对已铺设好的第n层粉末层扫描烧结，形成待成形的实体的3D模型第n层所要成形的截面；S5，在步骤S4中的第n层粉末层上平铺下一层粉末材料形成第n+1层粉末层，返回步骤S4，烧结并形成待成形的实体的3D模型第n+1层的截面；S6，通过循环步骤S4和S5逐层烧结，直至待成形的实体的3D模型第N层的截面扫描烧结完成，对待成形的实体的3D模型所有截面的轮廓扫描并烧结完成，得到已成形的实体；S7，去除步骤S6中得到的已成形的实体的支撑结构，得到工件的悬垂结构。在一实施例中，步骤S1中的支撑结构的各竖支撑板在高度方向上的截面为倒梯形状。在一实施例中，步骤S1中的支撑结构还包括加强板，连接于相邻竖支撑板之间。在一实施例中，步骤S1中的支撑结构的横支撑板在高度方向上的厚度d1为分层厚度d的3～5倍。在一实施例中，步骤S1中的支撑结构的筒部的上端面上设置有接触部，筒部通过接触部连接于悬垂部的悬垂面。在一实施例中，接触部在高度方向上的截面呈锯齿形或三角形。在一实施例中，步骤S1中的支撑结构还包括加强片，加强片设置于筒部的空腔内并连接于筒部的空腔内的内壁之间。在一实施例中，步骤S1中的待成形的实体的支撑结构以多个设置，多个支撑结构等间距地布置于悬垂部的下方。在一实施例中，步骤S1中的待成形的实体的支撑结构以多个设置，多个支撑结构非等间距地布置于悬垂部的下方。在一实施例中，其中一个竖支撑板与筒部的中心轴在高度方向的投影重合。本专利技术的有益效果如下：在本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法中，在粉末层上开始成形支撑结构，对作为高悬垂结构的悬垂机构，无需设计支撑结构的高度足够高，降低支撑结构所要成形的高度，并且支撑结构与成形方向平行，避免支撑结构被铺粉系统破坏，从而防止支撑结构高度过高而易断裂、保证支撑结构的支撑强度，在支撑结构中，横支撑板和竖支撑板为筒部提供支撑基础，以保证支撑结构的稳定性，进而顺利成形得到工件的悬垂结构。附图说明图1是根据本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法得到的已成形实体的示意图。图2是根据本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法中的支撑结构的一实施例的示意图。图3是根据本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法中的支撑结构的另一实施例的示意图。图4是图3的侧视图。图5是根据本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法得到已成形实体的步骤的示意图。其中，附图标记说明如下：1实体123B接触部11工件的悬垂结构123C内壁111悬垂部124底表面111A悬垂面125加强板112悬臂部126加强片12支撑结构2工作台121竖支撑板21工作面122横支撑板3粉末层123筒部C中心轴123A空腔D高度方向L长度方向具体实施方式附图示出本专利技术的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本专利技术的示例，本专利技术可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本专利技术。下面参照附图来详细说明根据本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法。参照图1至图5，本专利技术的针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法包括步骤S1、S2、S3、S4、S5、S6以及S7。S1，建立待成形的实体1的3D模型，参照图1至图4，待成形的实体1包括工件的悬垂结构11和用于支撑悬垂结构11的支撑结构12；悬垂结构11包括悬垂部111以及从悬垂部111的端部沿高度方向D向下延伸的悬臂部112；支撑结构12包括多个平行于悬臂部112排列的竖支撑板121、位于多个竖支撑板121上方的横支撑板122以及位于横支撑板122上方的筒部123，筒部123具有空腔123A；支撑结构12布置于悬垂部111的下方，筒部1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法，包括步骤：S1，建立待成形的实体(1)的3D模型，待成形的实体(1)包括工件的悬垂结构(11)和用于支撑悬垂结构(11)的支撑结构(12)；悬垂结构(11)包括悬垂部(111)以及从悬垂部(111)的端部沿高度方向(D)向下延伸的悬臂部(112)；支撑结构(12)包括多个平行于悬臂部(112)排列的竖支撑板(121)、位于多个竖支撑板(121)上方的横支撑板(122)以及位于横支撑板(122)上方的筒部(123)，筒部(123)具有空腔(123A)；支撑结构(12)布置于悬垂部(111)的下方，筒部(123)连接于悬垂部(111)的悬垂面(111A)；待成形实体(1)在高度方向(D)上的高度为H，悬垂部(111)的悬垂面(111A)在高度方向(D)上的高度为H1，悬垂面(111A)在长度方向(L)上的长度为l；悬垂结构(11)为高悬垂结构，高度H1与长度l的比值大于0.5；支撑结构(12)的底表面(124)在高度方向(D)上的高度为H2；S2，对步骤S1中的待成形的实体(1)的3D模型利用分层切片软件进行分层处理，将待成形的实体(1)的3D模型沿高度方向(D)分成N层，分层厚度为d，得到各层所要成形的截面的轮廓信息；高度H对应第N层截面，高度H1对应第N1层截面，高度H2对应第N2层截面，当成形第n层截面且1≤n＜N2时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部(112)在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N2≤n＜N1时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部(112)在第n层截面的轮廓信息和支撑结构(12)在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N1≤n≤N时，第n层截面的轮廓信息包括悬垂部(111)在第n层截面的轮廓信息；S3，在工作台(2)的工作面(21)上铺设粉末材料，形成第1层粉末层(3)；S4，根据第n层(n＝1,2,…N)截面的轮廓信息，通过激光束对已铺设好的第n层粉末层(3)扫描烧结，形成待成形的实体(1)的3D模型第n层所要成形的截面；S5，在步骤S4中的第n层粉末层(3)上平铺下一层粉末材料形成第n+1层粉末层(3)，返回步骤S4，烧结并形成待成形的实体(1)的3D模型第n+1层的截面；S6，通过循环步骤S4和S5逐层烧结，直至待成形的实体(1)的3D模型第N层的截面扫描烧结完成，对待成形的实体(1)的3D模型所有截面的轮廓扫描并烧结完成，得到已成形的实体(1)；S7，去除步骤S6中得到的已成形的实体(1)的支撑结构(12)，得到工件的悬垂结构(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种针对工件的悬垂结构的金属增材制造方法，包括步骤：S1，建立待成形的实体(1)的3D模型，待成形的实体(1)包括工件的悬垂结构(11)和用于支撑悬垂结构(11)的支撑结构(12)；悬垂结构(11)包括悬垂部(111)以及从悬垂部(111)的端部沿高度方向(D)向下延伸的悬臂部(112)；支撑结构(12)包括多个平行于悬臂部(112)排列的竖支撑板(121)、位于多个竖支撑板(121)上方的横支撑板(122)以及位于横支撑板(122)上方的筒部(123)，筒部(123)具有空腔(123A)；支撑结构(12)布置于悬垂部(111)的下方，筒部(123)连接于悬垂部(111)的悬垂面(111A)；待成形实体(1)在高度方向(D)上的高度为H，悬垂部(111)的悬垂面(111A)在高度方向(D)上的高度为H1，悬垂面(111A)在长度方向(L)上的长度为l；悬垂结构(11)为高悬垂结构，高度H1与长度l的比值大于0.5；支撑结构(12)的底表面(124)在高度方向(D)上的高度为H2；S2，对步骤S1中的待成形的实体(1)的3D模型利用分层切片软件进行分层处理，将待成形的实体(1)的3D模型沿高度方向(D)分成N层，分层厚度为d，得到各层所要成形的截面的轮廓信息；高度H对应第N层截面，高度H1对应第N1层截面，高度H2对应第N2层截面，当成形第n层截面且1≤n＜N2时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部(112)在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N2≤n＜N1时，第n层截面的轮廓信息包括悬臂部(112)在第n层截面的轮廓信息和支撑结构(12)在第n层截面的轮廓信息；当成形第n层截面且N1≤n≤N时，第n层截面的轮廓信息包括悬垂部(111)在第n层截面的轮廓信息；S3，在工作台(2)的工作面(21)上铺设粉末材料，形成第1层粉末层(3)；S4，根据第n层(n＝1,2,…N)截面的轮廓信息，通过激光束对已铺设好的第n层粉末层(3)扫描烧结，形成待成形的实体(1)的3D模型第n层所要成形的截面；S5，在步骤S4中的第n层粉末层(3)上平铺下一层粉末材料形成第n+1层粉末层(3)，返回步骤S4，烧结并形成待成形的实体(1)的3D模型第n+1层的截面；S6，通过循环步骤S4和S...

【专利技术属性】
技术研发人员：康进武，张小川，融亦鸣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11