一种3D打印零部件的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种3D打印零部件的装置，包括模型建立单元、支撑物单元、稳定性分析单元、切片单元、3D打印单元和去除单元。使用本发明专利技术的装置，可以保证所打印零部件的使用寿命，降低制造成本和产品报废率，缩短制造周期，从而以较低的成本满足用户的个性化需求。

A device for 3D printing parts

The invention discloses a device for 3D printing parts, including a model establishment unit, a supporting unit, a stability analysis unit, a slice unit, a 3D printing unit and a removal unit. By using the device of the invention, the service life of the printed parts can be guaranteed, the manufacturing cost and the rejection rate of products can be reduced, and the manufacturing cycle can be shortened, so that the personalized needs of users can be satisfied at a low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印零部件的装置
本专利技术涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印零部件的装置。
技术介绍
在电气设备维护检修作业中，由于存在大量磨损、寿命周期失效或损坏的零部件。由于厂家已不再生产该型号设备，无法提供部件更换和维护，而只能更换整个模块或者导致整套设备待修、提前结束设备使用的问题。同时，还存在紧急需要某种备\配件（如末屏盖、GIS取气口、取油口等），但采购周期长，而无法及时更换或使用的问题。在生产一线，检修人员存在自行创新和设计改进工作器具的需求，若采用传统生产方法，开模铸造，存在批量少，成本高的问题，造成单件或少量设计的工具几乎无法实现。而大量储备备品备件将耗费仓储资源及浪费资金，而不能及时更换零件又将导致设备“带病工作”，降低供电可靠性。为此，需要一种新的装置以满足用户个性化的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于，提供一种3D打印零部件的装置，以解决目前通过人工或模具的方式无法满足用户个性化需求的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种3D打印零部件的装置，包括模型建立单元、稳定性分析单元、切片单元、3D打印单元和去除单元，所述模型建立单元用于根据用户要求通过3D软件为待打印的零部件建立3D模型，所述稳定性分析单元用于对所述3D模型的磁、热、力学稳定性进行分析，所述切片单元用于将所述3D模型进行切片处理，获得所述3D模型的逐层截面，所述3D打印单元用于根据所述3D模型的逐层截面，利用激光烧结的方法将粉末盒内的粉末进行逐层打印成型，所述去除单元用于去除所述粉末盒内剩余的粉末并将打印成型的物体从打印平台上分离。优选的，所述稳定性分析采用多物理场耦合仿真技术。优选的，所述多物理场耦合仿真技术具体为：采用集成数字化设计与仿真一体技术，应用有限元方程求解物理场和泛函的极值问题，由求解给定的泊松方程转化为求解泛函的极值问题。优选的，所述有限元方程为加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法。优选的，所述装置还包括支撑物单元，用于在所述3D模型上建立支撑物；所述切片单元，用于将建立所述支撑物的所述3D模型进行切片处理，获得所述3D模型的逐层截面；所述去除单元，还用于将支撑物部分从所述打印成型的物体上分离。优选的，所述零部件为金属，所述粉末盒内的粉末为金属合金粉末，用于打印所述支撑物部分的粉末为可溶粉末。优选的，所述合金为钛合金。优选的，所述去除单元是通过溶解的方式将支撑物部分从所述打印成型的物体上分离。优选的，所述切片的厚度为0.01mm~0.02mm。优选的，所述切片的厚度为0.01mm。本专利技术的益处在于：（1）以较低的成本满足用户的个性化需求，且相比现有技术大大提高了效率。（2）采用多物理场耦合仿真设计方法完成建模，减少定制时间，并使得该3D打印设计能够切实推广应用至生产一线。（3）通过运用有限元技术，保证了零部件的使用寿命，降低制造成本和产品报废率，缩短制造周期。（4）使用金属合金材料进行打印，使得零部件材料结晶、合金化方面普遍优于传统锻造工艺。附图说明图1是本专利技术实施例装置结构图。具体实施方式一种3D打印零部件的装置，如图1所示，包括模型建立单元、稳定性分析单元、切片单元、3D打印单元和去除单元。其中：模型建立单元用于根据用户要求通过3D软件为待打印的零部件建立3D模型。稳定性分析单元用于对所述3D模型的磁、热、力学稳定性进行分析。所述稳定性分析采用多物理场耦合仿真技术，即采用集成数字化设计与仿真一体技术，应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等有限元方程求解物理场和泛函的极值问题，由求解给定的泊松方程转化为求解泛函的极值问题，此即为有限元分析技术。同时，利用多场耦合理论对传统的有限体积耦合的磁、热、力学隐式模型问题的稳定性进行分析，并与人工优化并结合型式试验进行验证，以便对模型进行修正和改进。有限元分析的具体流程是：首先，初步确定，包括分析类型、单元类型、模型类型；然后，前处理，包括导入几何模型、定义材料属性、划分网格；接着，求解，包括施加约束和载荷、有限元求解；最后，后处理，包括评估结果、输出报告。如果分析结果满足要求，则进行下一步；不满足，则返回，对零部件的3D建模进行优化，之后重新进行有限元分析。本专利技术的优选实施例中，装置还包括支撑物单元，用于在所述3D模型上建立支撑物，以进一步保证打印出物体的进度，使之不在打印过程中变形。切片单元用于将所述3D模型进行切片处理，获得所述3D模型的逐层截面。本专利技术中可应用mlab模块(一个基于python的模块，可以制作3D图像)对3D模型进行切片处理。在切片过程中可以根据精度需求对每层截面的厚度以及分辨率等进行设置。一般切片的厚度为0.01mm~0.02mm，优选切片的厚度为0.01mm。3D打印单元用于根据所述3D模型的逐层截面，利用激光烧结的方法将粉末盒内的粉末进行逐层打印成型。本专利技术中通过读取3D模型的逐层截面信息，利用激光对打印介质即粉末盒内的粉末进行逐层打印继而将逐层粘合形成一个实物。由于本专利技术中的零部件为金属器件。因此，上述粉末盒内的粉末是在多种金属材料中添加合金元素组成，通过添加合金元素，就可使金属相结构与相变温度发生改变。本专利技术中优选的合金元素为钛合金，因为钛合金存在3种基体组织，也就是α,（α+β）和β，铝是稳定α元素，钼、铌和钒是稳定β元素，这样就使得零部件的材料结晶、合金化方面普遍优于传统的工艺。去除单元用于去除所述粉末盒内剩余的粉末并将打印成型的物体从打印平台上分离。打印成型后，需要去除剩余的粉末，具体的可利用毛刷等工具扫除剩余的粉末，获得与打印平台一体成型的物体，接着可将打印成型的物体从打印平台上切割下来。在设置支撑物的情况下，打印成型的物体上会带有支撑物部分。去除单元还用于将支撑物部分从所述打印成型的物体上分离出来。由于本专利技术用于打印支撑物的粉末为可溶粉末，这样，就可以通过溶解的方式将支撑物部分从所述打印成型的物体上分离出来。综上所述，本专利技术所述的一种3D打印零部件的装置，采用先进的计算机辅助设计CAD，结合多物理场耦合仿真技术和高精密3D打印激光立体成型技术，能将零部件的结构设计、多物理场耦合仿真技术、3D打印制造等有机结合起来，保证了零部件的使用寿命，降低制造成本和产品报废率，缩短制造周期，从而以较低的成本满足用户的个性化需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印零部件的装置，其特征在于，包括模型建立单元、稳定性分析单元、切片单元、3D打印单元和去除单元，所述模型建立单元用于根据用户要求通过3D软件为待打印的零部件建立3D模型，所述稳定性分析单元用于对所述3D模型的磁、热、力学稳定性进行分析，所述切片单元用于将所述 3D 模型进行切片处理，获得所述 3D 模型的逐层截面，所述3D打印单元用于根据所述 3D 模型的逐层截面，利用激光烧结的方法将粉末盒内的粉末进行逐层打印成型，所述去除单元用于去除所述粉末盒内剩余的粉末并将打印成型的物体从打印平台上分离。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印零部件的装置，其特征在于，包括模型建立单元、稳定性分析单元、切片单元、3D打印单元和去除单元，所述模型建立单元用于根据用户要求通过3D软件为待打印的零部件建立3D模型，所述稳定性分析单元用于对所述3D模型的磁、热、力学稳定性进行分析，所述切片单元用于将所述3D模型进行切片处理，获得所述3D模型的逐层截面，所述3D打印单元用于根据所述3D模型的逐层截面，利用激光烧结的方法将粉末盒内的粉末进行逐层打印成型，所述去除单元用于去除所述粉末盒内剩余的粉末并将打印成型的物体从打印平台上分离。2.根据权利要求1所述的一种3D打印零部件的装置，其特征在于，所述稳定性分析采用多物理场耦合仿真技术。3.根据权利要求2所述的一种3D打印零部件的装置，其特征在于，所述多物理场耦合仿真技术具体为：采用集成数字化设计与仿真一体技术，应用有限元方程求解物理场和泛函的极值问题，由求解给定的泊松方程转化为求解泛函的极值问题。4.根据权利要求3所述的一种3D打印零部件的装置，其特征在于，所述有限元方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬蓉蓉，张炜，黄辉敏，朱时阳，陈铭，颜海俊，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45