一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，该结构用于激光选区熔化增材制造过程中，将倾斜悬垂薄壁结构支撑在基板上，具体适用于倾角大于45度、与基板间存在一定距离且厚度小于3.5mm的倾斜悬垂薄壁结构；本发明专利技术在悬垂端和成形基板间采用网格支撑，在悬垂薄壁结构背面采用薄片式实体支撑，且网格支撑与实体支撑固连形成整体；可避免悬垂部位出现翘曲变形及层间错位等缺陷，且网格支撑部分不会出现“拉裂”及“蹭断”进而引发悬垂部位“塌陷”等问题；支撑去除难度及工作量、生产周期及成本等较整体实体支撑均大幅减少或降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光选区熔化增材制造
，特别涉及一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，该结构应用于激光选区熔化增材制造时，对具有倾斜悬垂薄壁结构的零件进行辅助支撑。
技术介绍
激光选区熔化增材制造技术，基于合金粉末逐层熔化成形制造复杂零件，在钛合金、高温合金等难加工金属复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件整体制造方面具有独特优势。目前，激光选区熔化增材制造零件辅助支撑主要设计为整体实体类或整体网格类结构形式。整体实体类结构形式的辅助支撑残余应力较大，成形及支撑去除等后处理过程中易于引起层间拉裂或悬垂部位变形等问题，且成形废重多、成形周期长，后续支撑去除工作量大。整体网格类结构形式的辅助支撑残余应力较小，支撑易于去除、去除工作量小，但由于温度梯度、冷却速率等较实体零件存在较大差异，各部位收缩不一致，容易引起壁厚小于3.5mm较薄厚度网格支撑拉裂，影响型面成形精度，甚至可导致成形过程无法继续进行等严重问题。因此，针对壁厚小于3.5mm且与水平面夹角大于45°的倾斜悬垂面，采用现有技术无法避免成形过程中悬垂面出现翘曲变形和成形层层间错位等缺陷，而且不能有效控制应力分布而保证型面成形精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，该结构针对壁厚小于3.5mm且与水平面夹角大于45°的倾斜悬垂薄壁结构特点，采用实体支撑与网格支撑固连结合的整体式支撑结构，提供足够的强度和刚度，既可以抑制倾斜悬垂薄壁结构出现翘曲变形和成形层层间错位等缺陷，又可避免整体网格支撑和整体实体支撑造成的加工量大及型面精度无法保证等问题。本专利技术的上述目的通过以下方案实现：一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，用于在倾斜悬垂薄壁结构与基板间形成支撑，所述倾斜悬垂薄壁结构与基板间的倾角大于45度，其下端面与基板间存在一定距离且厚度小于3.5mm；该辅助支撑结构包括网格支撑部分和实体支撑部分，其中：所述网格支撑部分的上端面支撑在倾斜悬垂薄壁结构下端面上，所述网格支撑部分的下端面支撑在成形基板上，即在倾斜悬垂薄壁结构的悬垂端与基板间形成支撑；所述实体支撑部分的上端支撑在倾斜悬垂薄壁结构背面，下端支撑在成形基板上；所述网格支撑部分和实体支撑部分固连。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，实体支撑部分包括两个实体支撑薄片，分别在倾斜悬垂薄壁结构背面的左右两端形成支撑；其中，所述实体支撑薄片的厚度B1为1mm～3mm；且每个所述实体支撑薄片在成形基板上的形成的支撑边长度L1为5mm～20mm。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，实体支撑部分包括三个实体支撑薄片，分别在倾斜悬垂薄壁结构背面的左右两端和中部形成支撑；其中，所述实体支撑薄片的厚度B1为1mm～3mm；且每个所述实体支撑薄片在成形基板上的形成的支撑边长度L1为5mm～20mm。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，网格支撑部分包括N个网格辅助支撑柱，所述网格辅助支撑柱为空心网格构成的柱体，且所述柱体的横截面为正方形或长方形；所述柱体的上端面支撑在倾斜悬垂薄壁结构下端面上，且所述柱体的下端面支撑在成形基板上；N为正整数。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，每个网格辅助支撑柱与成形基板的接触面为正方形或长方形，且所述正方形或长方形的边长为5mm～15mm；相邻网格辅助支撑柱之间的间距为0.5mm～2.5mm。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，网格辅助支撑柱由两类空心网格构成，其中：第一类空心网格为立方体或长方体网格，第二类网格为梯形网格，即所述梯形网格的横截面为正方形且纵截面为梯形；其中，与倾斜悬垂薄壁结构下端面接触的空心网格为第二类网格。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，第一类空心网格的边长为0.5mm～5mm；第二类空心网格的纵截面为梯形，所述梯形的上底d1为0.3mm～2.5mm、下底d2为0.5mm～5mm、高度h为0.5mm～5mm。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，网格辅助支撑柱与倾斜悬垂薄壁结构下端面的接触面上的梯形网格呈离散分布状态，且各相邻梯形网格的间距Δd为0.2～2mm。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，在空心网格中，沿X轴、Y轴方向分布的网格线与设定的铺粉方向夹角为45°或135°；其中X轴、Y轴所在平面与基板平面平行。上述的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，网格支撑部分的上端嵌入在倾斜悬垂薄壁结构的下端面内；网格支撑部分的下端嵌入在成形基板内；网格支撑部分上端和下端的嵌入深度均为0.04mm～0.2mm。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)、本专利技术在倾斜悬垂薄壁背面采用薄片式实体支撑，可以避免厚度小于3.5mm的较薄网格支撑部分由于强度和刚度不够发生“拉裂”及“蹭断”等，进而避免悬垂薄壁结构下端悬垂部分的左右两端发生翘曲变形等缺陷，而且不会引入较大的残余应力，成形及后处理过程可有效保证薄壁结构型面精度；(2)、本专利技术采用实体支撑与网格支撑固连结合的整体式支撑结构，可为网格支撑部分提供显著优于整体网格支撑的强度和刚度，保证其成形过程中不被轻易“拉裂”及蹭断等，进而可避免薄壁悬垂部位发生“塌陷”导致成形层层间错位甚至成形失败等问题，有效保证薄壁悬垂部位成形型面精度；(3)本专利技术采用薄片式实体支撑与网格支撑固连结合的整体式支撑结构，支撑整体强度及刚性显著优于整体网格支撑，可有效避免网格支撑“拉裂”及“蹭断”等问题，且支撑去除难度及工作量、成形及后处理周期、生产成本等与整体网格支撑一致，较整体实体支撑均大幅减少或降低。附图说明图1a为本专利技术“U形结构”的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构示意图；图1b为本专利技术“U形结构”的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构在成形基板上的接触面示意图；图2a为本专利技术“山字形结构”的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构示意图；图2b为本专利技术“山字形结构”的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构在成形基板上的接触面示意图；图3a为本专利技术中网格辅助支撑柱在成形基板上形成的接触面示意图，其中每个网格辅助支撑柱与成形基板的接触面为正方形，；图3b为本专利技术中网格辅助支撑柱在成形基板上形成的接触面示意图，其中每个网格辅助支撑柱与成形基板的接触面为长方形；图4为本专利技术中第二类空心网格的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术公开了一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，用于在激光选区熔化增材制造过程中，将倾斜悬垂薄壁结构支撑在基板上。这种倾斜悬垂薄壁结构可能是产品零件、法兰安装面等，总体而言这种倾斜悬垂薄壁结构与基板间的倾角大于45度，其下端面与基板间存在一定距离且厚度小于3.5mm。如图1a、1b、2a、2b所示，本专利技术的适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构包括网格支撑部分和实体支撑部分，图中：1为倾斜悬垂薄壁结构；21、22、23分别为实体支撑部分的实体支撑薄片；3为网格支撑部分。其中，图1a和1b中实体支撑部分和网格支撑部分构成“U形结构”，而图2a和2b中实体支撑部分和网格支撑部分构成“山字形结构”，这两种实体支撑和网格支撑固连结合的方案，可以实现对倾斜悬垂薄壁结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，用于在倾斜悬垂薄壁结构与基板间形成支撑，所述倾斜悬垂薄壁结构与基板间的倾角大于45度，其下端面与基板间存在一定距离且厚度小于3.5mm，其特征在于：包括网格支撑部分和实体支撑部分，其中：所述网格支撑部分的上端面支撑在倾斜悬垂薄壁结构下端面上，所述网格支撑部分的下端面支撑在成形基板上，即在倾斜悬垂薄壁结构的悬垂端与基板间形成支撑；所述实体支撑部分的上端支撑在倾斜悬垂薄壁结构背面，下端支撑在成形基板上；所述网格支撑部分和实体支撑部分固连。

【技术特征摘要】
1.一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，用于在倾斜悬垂薄壁结构与基板间形成支撑，所述倾斜悬垂薄壁结构与基板间的倾角大于45度，其下端面与基板间存在一定距离且厚度小于3.5mm，其特征在于：包括网格支撑部分和实体支撑部分，其中：所述网格支撑部分的上端面支撑在倾斜悬垂薄壁结构下端面上，所述网格支撑部分的下端面支撑在成形基板上，即在倾斜悬垂薄壁结构的悬垂端与基板间形成支撑；所述实体支撑部分的上端支撑在倾斜悬垂薄壁结构背面，下端支撑在成形基板上；所述网格支撑部分和实体支撑部分固连。2.根据权利要求1所述的一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，其特征在于：实体支撑部分包括两个实体支撑薄片，分别在倾斜悬垂薄壁结构背面的左右两端形成支撑；其中，所述实体支撑薄片的厚度B1为1mm～3mm；且每个所述实体支撑薄片在成形基板上的形成的支撑边长度L1为5mm～20mm。3.根据权利要求1所述的一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，其特征在于：实体支撑部分包括三个实体支撑薄片，分别在倾斜悬垂薄壁结构背面的左右两端和中部形成支撑；其中，所述实体支撑薄片的厚度B1为1mm～3mm；且每个所述实体支撑薄片在成形基板上的形成的支撑边长度L1为5mm～20mm。4.根据权利要求1所述的一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构，其特征在于：网格支撑部分包括N个网格辅助支撑柱，所述网格辅助支撑柱为空心网格构成的柱体，且所述柱体的横截面为正方形或长方形；所述柱体的上端面支撑在倾斜悬垂薄壁结构下端面上，且所述柱体的下端面支撑在成形基板上；N为正整数。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆军，严振宇，梁晓康，陈济轮，王国庆，淡婷，王志城，侯谊飞，张朋旭，董鹏，何京文，田彩兰，
申请(专利权)人：首都航天机械公司，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11