尺寸余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于悬空结构零件的激光选区熔化成形的尺寸余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质，其中，上述余量确定方法包括对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式d=n×h×cosθ来确定，其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。上述余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质具有提升了悬空结构零件激光选区熔化成形工艺的效率，同时也保证了零件尺寸的合格率以及表面质量等优点。

Determination method of size allowance, forming method, forming device and readable storage medium

【技术实现步骤摘要】
尺寸余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质
本专利技术属于增材制造领域，尤其涉及一种用于悬空结构零件的激光选区熔化成形的余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质。
技术介绍
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）是一种基于离散堆积原理，逐层熔化原材料而实现零件成形的制造技术。激光选区熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）被认为是最具潜力的增材制造（AM）技术之一，由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术，相对于其他AM技术而言，SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具有优势，可完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形。就理论上而言，SLM技术可以成形任意复杂结构的零件，但是受到加工工艺、材料、几何特征和技术原理等约束，在成形一些与水平面夹角（倾斜角）小于45°的结构，即悬空结构时，必须在悬空结构下表面添加支撑才能打印成功，如不添加支撑，悬空结构下表面全是粉末材料，激光扫描后，材料熔化所形成的金属液体在重力和毛细力共同作用下，易渗入粉末颗粒之间的间隙产生渣滓，该区域熔化后的材料结合力较弱，在下一层铺粉后，刮刀的作用力较大，破坏该区域材料，导致成形失败。成形结束后，这些辅助成形的支撑结构需要去除。支撑通常与零件实体表面相连接，去除支撑后，零件下表面有较多凹凸不平的缺陷，导致其表面粗糙度高、质量差，必须进行打磨处理。例如公开号为CN109079143A，公开日期为2018年12月25日，名称为“去除选区激光熔化成形零件内腔表面裂纹的方法”的中国专利技术专利申请，公开了采用磨粒流工艺消除零件内腔开口裂纹的工艺。但是，将这些凹凸不平的缺陷打磨去除后，又易引起零件尺寸超差，最终导致零件报废。SLM成形预旋喷嘴、燃油喷嘴、涡轮叶片等航空发动机零件时均涉及该问题，所以在模型设计阶段需要根据零件结构特征和SLM工艺特点预留一定尺寸余量，以保证打磨处理后零件尺寸满足设计要求。在悬空结构零件模型处理阶段，若盲目添加尺寸余量，余量值过大时会造成打磨去除量大，增加人工成本，余量值过小时，会造成打磨后零件尺寸超差。现有技术中，针对每种悬空结构零件，确定尺寸余量的方法是采用试错法。对需要成形的悬空结构零件进行激光选区熔化成形，然后执行去除支撑的步骤，在去除支撑的步骤中，根据去除的零件本体的材料厚度得到需要成形的悬空结构零件的尺寸余量。但是，由于SLM工艺特点，与水平面夹角小于45°的悬空结构均需要添加支撑，悬空面倾斜角度不同，需添加的尺寸余量也不同，因此，待成形新的悬空结构零件时，前期试错积累的尺寸余量可能会出现不适用的情况，又需要针对新的悬空结构零件重新进行试错，将极大地影响零件的加工效率。因此，本领域需要一种高效的激光选区熔化零件悬空结构的尺寸余量确定方法，以提高悬空结构零件的激光选区熔化成形工艺的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供高效的激光选区熔化零件悬空结构的尺寸余量确定方法，以提高悬空结构零件的激光选区熔化成形工艺的效率。本专利技术提供一种尺寸余量确定方法，用于悬空结构零件激光选区熔化成形，所述确定方法包括：对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式来确定：d=n×h×cosθ，其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。在一个或多个实施方式中，所述工艺常量的确定方法包括执行至少一次试错步骤，在该试错步骤中，选择倾斜角度为第一角度的第一悬空结构，在包括铺粉层厚度为的第一成形工艺参数下，进行激光选区熔化成形，然后执行去除支撑的步骤，根据去除的零件本体的材料厚度得到第一悬空结构的第一尺寸余量；根据所述第一尺寸余量、铺粉层厚度、第一角度以及所述尺寸余量公式得到所述第一成形工艺参数对应的工艺常量。本专利技术提供一种成形方法，用于悬空结构零件的激光选区熔化成形，包括：步骤S1：对所述悬空结构零件进行建模，得到所述悬空结构零件的初始模型；步骤S2：对所述初始模型进行转化，在一成形工艺参数下，对所述悬空结构零件的悬空面增加所述成形工艺参数对应的尺寸余量以及支撑结构，将所述初始模型转化为激光选区熔化成形的打印模型，所述尺寸余量通过以上任意一项所述的尺寸余量确定方法确定；步骤S3：在所述成形工艺参数下，按照所述打印模型，进行激光选区熔化成形，得到所述悬空结构零件的初步成形件。在一个或多个实施方式中，所述成形方法还包括步骤S4：去除所述初步成形件的支撑结构，对去除支撑结构后的悬空结构的悬空面进行表面处理。在一个或多个实施方式中，所述悬空结构零件的材料为HastelloyX合金。本专利技术提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行实现以下步骤：对进行激光选区熔化成形的悬空结构零件的悬空面添加尺寸余量，所述尺寸余量以尺寸余量公式来确定：d=n×h×cosθ；其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。本专利技术提供一种成形装置，用于悬空结构零件的激光选区熔化成形，包括计算机可读存储介质，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行所述指令，所述指令包括：对进行激光选区熔化成形的悬空结构零件的悬空面添加尺寸余量，所述尺寸余量以尺寸余量公式来确定：d=n×h×cosθ；其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。综上，采用本专利技术提供的尺寸余量确定方法，通过尺寸余量公式来直接确定尺寸余量，且最少只需一次试错就可得到工艺参数对应的工艺常量，即只需一次试错即可得到工艺参数对应的尺寸余量公式，由于实际的激光选区成形操作中，工艺参数一般不变，因此本专利技术只需一次试错即可适用于任意悬空面倾斜角度的悬空零件，提升了悬空结构零件激光选区熔化成形工艺的效率，同时也保证了零件尺寸的合格率以及表面质量。此外，本专利技术建立的悬空面尺寸余量添加公式为激光选区熔化成形工艺的模型设计提供了参考依据，填补了针对激光选区熔化成形工艺的设计准则空白。附图说明本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制，其中：图1是具有倾斜角度为0°的悬空结构零件的结构示意图。图2是根据图1结构的零件的未设置尺寸余量的打印模型的结构示意图。图3是根据图1结构的零件的悬空面去除支撑后光学显微镜照片。图4是具有倾斜角度为20°的悬空结构零件的结构示意图。图5是根据图4的零件的打印模型的结构示意图。图6是根据图4的零件的悬空面去除支撑后光学显微镜照片。图7是通过激光选区熔化成形得到图4的悬空结构零件的流程示意图。图8是具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尺寸余量确定方法，用于悬空结构零件激光选区熔化成形，其特征在于，所述确定方法包括：/n对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式来确定：/nd=n×h×cosθ/n其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。/n

【技术特征摘要】
1.一种尺寸余量确定方法，用于悬空结构零件激光选区熔化成形，其特征在于，所述确定方法包括：
对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式来确定：
d=n×h×cosθ
其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。


2.如权利要求1所述的尺寸余量确定方法，其特征在于，所述工艺常量的确定方法包括执行至少一次试错步骤，在该试错步骤中，
选择倾斜角度为第一角度的第一悬空结构，在包括铺粉层厚度为的第一成形工艺参数下，进行激光选区熔化成形，然后执行去除支撑的步骤，根据去除的零件本体的材料厚度得到第一悬空结构的第一尺寸余量；
根据所述第一尺寸余量、铺粉层厚度、第一角度以及所述尺寸余量公式得到所述第一成形工艺参数对应的工艺常量。


3.一种成形方法，用于悬空结构零件的激光选区熔化成形，其特征在于，包括：
步骤S1：对所述悬空结构零件进行建模，得到所述悬空结构零件的初始模型；
步骤S2：对所述初始模型进行转化，在一成形工艺参数下，对所述悬空结构零件的悬空面增加所述成形工艺参数对应的尺寸余量以及支撑结构，将所述初始模型转化为激光选区熔化成形的打印模型，所述尺寸余量通过权利要求1或2所述的尺寸余量确定方法确定；

【专利技术属性】
技术研发人员：雷力明，李雅莉，侯慧鹏，付鑫，王威，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31