控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，通过设计新型的工艺支撑，以成型方向(Z向)的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上(XOY面)的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3‑5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；该方法不仅能保证薄壁件打印过程中不发生翘曲变形，而且不增加支撑的数量，降低后处理成本，提高薄壁件的打印成功率和质量。因此，本发明专利技术对于提高此类薄壁件的质量和成功率具有重要的意义。

The process method of controlling warpage of thin-walled aluminum alloy parts in 3D printing process

【技术实现步骤摘要】
控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法
本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种金属3D打印领域控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法。
技术介绍
激光选区熔化技术(SelectiveLaserMelting，SLM)因具有高柔性、快速成形、不受零件形状复杂程度的约束等优势而深受航空航天领域研究人员的青睐。在激光选区熔化技术中，激光束按特定路径逐层熔化铺展在粉床上特定区域的金属粉末，最终形成形状复杂的三维零件。其打印原理决定了当前打印层形成的快速凝固相必须与上一层已凝固相形成牢固连接，否则易发生翘曲变形，导致打印失败。因此，对于一些小于45°的悬臂结构，必须人为添加支撑结构防止打印过程中发生翘曲变形。但是对于一些壁厚在1-2mm之间的薄壁壳体和屏蔽罩类零件，本身结构在成形面方向属于开放式结构，不稳定易发生变形；在打印过程中经历急速加热和冷却后产生残留热应力并逐层累积，其边缘位置受拉应力更易发生翘曲变形，卡住刮刀，导致打印失败。薄壁结构的边缘与打印方向平行，无法采用常用的对于一些小于45°的悬臂结构添加支撑的方法控制薄壁件的变形。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法。技术方案一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：以成型方向的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；所述的壁厚与零件壁厚相同。对于通过镜像和旋转180°形成支撑的零件，将屏蔽罩薄壁零件在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边面与支撑设计软件平台对齐，侧面与支撑设计软件平台垂直，以侧面平行的面为镜像面，镜像零件体，间隙为3-5mm，间隙填充与零件等壁厚的Z形薄板或镂空网格，将零件与镜像体连接，镜像体和Z形薄壁板作为支撑，防止零件变形，打印完成后，采用线切割的方式将支撑去除，得到打印实体零件。对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，底面与支撑设计软件平台对齐，导入装配零件，按装配关系摆放，装配面与支撑设计软件平台垂直，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到零件和装配零件。有益效果本专利技术提出的一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，解决了直接单独打印一个开放式结构的薄壁壳体类和罩类零件时发生翘曲变形导致打印失败的问题；解决了打印过程中每一打印层边缘受拉应力发生翘曲变形的问题；解决了铺粉时刮刀的横向扰动引起的翘曲变形问题；解决了局部因热应力、过热发生较大翘曲变形卡住刮刀的问题；解决了因零件本身结构不稳定，打印零件顶部时零件发生错位、尺寸不易控制的问题。本专利技术适用于所有壁厚在1-2mm、Z向呈开放式结构的铝合金薄壁壳体类和罩类零件的3D打印成形。本专利技术采用一种新的方法控制零件的变形，该方法不仅能保证薄壁件打印过程中不发生翘曲变形，而且不增加支撑的数量，降低后处理成本，提高薄壁件的打印成功率和质量。因此，本专利技术对于提高此类薄壁件的质量和成功率具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术的镜像体支撑示意图；图2为本专利技术的装配体支撑示意图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术涉及一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，主要是通过设计新型的工艺支撑，以成型方向(Z向)的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上(XOY面)的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；对于具有对称结构的零件，直接将其中一个零件绕Z轴旋转180度，两个零件对称放置，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到两个打印零件；对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，装配面为平面且易于采用线切割切开的零件，将零件与装配体一起打印，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到零件和装配零件，装配面为多个面且不易采用线切割切开的零件，间隙留0.5-1mm，通过局部点的结构连接，后期通过钳工将零件与装配体分离。以上几种支撑结构，两个零件互为支撑，保证结构本身的稳定性，主要防止零件在成型过程中因热应力、过热或是铺粉时刮刀的横向扰动而引起的翘曲变形，保证成型件在加工过程中的固定稳定性和相对于加工系统的定位精确；切片形成封闭结构，将零件打印过程中受急热急冷形成的残留应力，封闭在每层内部，避免边缘发生翘曲变形。具体包括以下步骤：第一步，对于镜像支撑和对称结构件支撑，如图1所示，将屏蔽罩薄壁零件(图1a)在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边与平台对齐，侧面与平台垂直，如图1b所示，以侧面平行的面为镜像面，镜像零件体，间隙为3-5mm，间隙填充与零件等壁厚的Z形薄板或镂空网格，如图1e、f，将零件与镜像体连接，镜像体和Z形薄壁板(镂空网格)作为支撑，防止零件变形，打印完成后，采用线切割的形式将支撑去除，得到打印实体零件；第二步，对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，如图2所示，底面与平台对齐；如图2a所示，导入装配零件，按装配关系摆放，如图2b所示，装配面与平台垂直，装配间隙0.5-1mm，装配面创建X形点接触，如图2c所示，将零件与装配零件形成一体，如图2d所示，装配体一起打印，打印完成后，采用线切割从基板切除之后，通过钳工将两个零件的接触点分开，得到打印的零件与装配零件。控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其中铝合金薄壁件厚度在1-2mm，采用选区激光熔化技术(SelectiveLaserMelting，SLM)成形，其打印原理决定了对于一些小于45°的悬臂结构，必须人为添加支撑结构防止打印过程中发生翘曲变形。本专利技术专利主要是通过设计一种不同于常规支撑结构和形式的新型支撑，使零件在成形面(XOY面)上，形成封闭、完整、接近圆形的烧结填充轮廓，避免开放式切片轮廓边缘受残余拉应力发生翘曲变形导致打印失败的问题；解决了局部因热应力、过热发生较大翘曲变形卡住刮刀的问题；解决了因零件本身结构不稳定，打印零件顶部时零件发生错位、尺寸不易控制的问题；采用优化的工艺参数等实现铝合金薄壁壳体类和罩类零件的打印成型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：以成型方向的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；所述的壁厚与零件壁厚相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：以成型方向的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；所述的壁厚与零件壁厚相同。


2.根据权利要求1所述的一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：对于通过镜像和旋转180°形成支撑的零件，将屏蔽罩薄壁零件在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边面与支撑设计软件平台对齐，侧面与支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红娟，王晓琳，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41