用于激光增材制造的底板制造技术

本发明专利技术公开了一种用于激光增材制造的底板，包括基板、设置于基板上的空心柱体，由所述空心柱体的侧壁向所述基板延伸设置有用于稳固空心柱体的梗腋；梗腋沿所述空心柱体的外缘设置形成环形结构。本发明专利技术在基板上的空心柱体上激光增材制造，底板结构在空心柱体四周形成连续的环状梗腋，既提高空心柱体的稳定性，而且避免了不同位置支撑力不同造成空心柱体受到的力不同，从而影响激光增材制造成型材料的均一性问题；基板上的通孔不仅能减小对增材的热输入，而且改善激光增材制造过程中对基板应力集中的分布情况，降低对工件的损坏。

Base plate for laser additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
用于激光增材制造的底板
本专利技术涉及一种底板，尤其涉及一种用于激光增材制造的底板。
技术介绍
制造业的绿色化趋势向环保化或绿色化方向发展，成为制造业在21世纪的必由之路。环保化制造或绿色化制造是综合考虑环境影响和制造效率的现代制造模式，也是目前所倡导的循环经济的一个方面。随着我国科学技术的不断发展与进步，具有直接、快速、绿色、柔性、数字化、智能化特点的增材制造技术逐渐引起相关领域人员的重视。这不仅有效避免了能源浪费以及环境污染，而且与我国坚持推进资源、环境和社会可持续发展的理念相同。激光增材制造技术是快速成形技术的“叠层累加”原理和激光熔覆技术的有机结合，以金属粉末为成形原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息的加工路径，将同步送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。由于激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造，比如航空航天领域采用的钛合金、高温合金等，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造，除此之外激光增材制造技术的加工精度还是很高的。然而激光增材制造技术依然存在如下问题：激光增材制造单道的熔敷金属很薄而且很窄，在制作超大尺寸工件时，金属熔敷的多层多道导致的热输入过大很容易造成工件的应力集中，严重影响工件的质量，不利于工件的正常使用。并且在熔覆过程中，增材工件的稳固性对于增材成型材料的均一性问题也会产生影响。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种增材制造稳固性高、增材成型结构均一性好、制造过程热量散失快的用于激光增材制造的底板。技术方案：本专利技术的用于激光增材制造的底板，包括基板、设置于基板上的空心柱体，由所述空心柱体的侧壁向所述基板延伸设置有用于稳固空心柱体的梗腋；所述梗腋沿所述空心柱体四周形成连续的环状结构；所述基板上设置有用于使液体进入所述基板和空心柱体内部的通孔。优选地，所述通孔包括横向贯穿基板的第一通孔，竖向贯通第一通孔、空心柱体的第三通孔。优选地，所述第一通孔、第二通孔不大于基板高度的1/15，不小于基板高度的1/20；所述第一通孔的圆心到基板底面之间的距离不大于基板高度的2/3，不小于基板高度的1/3。优选地，所述第二通孔的面积不超过空心柱体内侧面积的20％。优选地，所述梗腋包括在所述空心柱体内、外壁上分别向所述基板表面延伸设置的第一梗腋和第二梗腋，所述第一梗腋与第二梗腋的过渡结构分别为直线或凹圆弧，所述凹圆弧切线相交角度大于135°且小于等于180°。优选地，所述第二梗腋在所述基板上的长度大于在所述空心柱体侧壁上的长度。优选地，所述第一梗腋在基板上的延伸末端与距离所述延伸末端横向间距最小的通孔之间的距离大于所述通孔直径的3.5倍及以上。优选地，所述空心柱体内、外壁上的第一梗腋和第二梗腋对称设置，所述第一梗腋、第二梗腋在空心柱体表面所占面积大于50％。优选地，所述空心柱体的外半径至少大于激光增材成型结构的外半径10mm；所述空心柱体的内半径至少小于激光增材成型结构的内半径10mm。优选地，所述基板的横截面积大于所述空心柱体的横截面积及高度。有益效果：本专利技术与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术的底板结构在空心柱体四周形成连续的环状梗腋，防止因加工工件重量过大而导致整体变形甚至坍塌，并且本专利技术的底板浸入水中能够使液体进入底板内部对增材工件降温，避免工件的应力集中。2、环形梗腋结构的设置不仅具有更大的支撑力，显著提高空心柱体的稳定性，而且避免了不同位置支撑力不同造成空心柱体受到的力不同，从而影响激光增材制造成型材料的均一性问题。3、在基板上开设多道通孔与空心柱体相通，利用连通器原理确保空心柱体内外水位保持一致，避免空心柱体内外温度不同而造成较大的应力集中。4、在增材制造过程中可将基板置于冷水中，尽可能减小热输入对激光增材制造过程和工件整体的影响。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的剖视图与侧视图；图3为本专利技术的俯视图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如图1～3所示，其中：1、基板，2、空心柱体，3、第一梗腋，4、第二梗腋，5、第一通孔，6、第二通孔。本专利技术的用于激光增材制造的底板包括基板1，设置于基板1上方的空心柱体2，空心柱体2的形状根据激光增材制造成型结构的形状来确定，本实施例的基板1为圆形，空心柱体2为空心圆筒；在空心柱体2的内、外两侧分别过渡到基板1表面的第一梗腋3、第二梗腋4，本实施例的第一梗腋3、第二梗腋4分别为凹圆弧，梗腋沿空心柱体2四周形成连续的环状结构，这种结构不仅具有更大的支撑力，显著提高空心柱体2的稳定性，而且避免了不同位置支撑力不同造成空心柱体受到的力不同，造成激光增材制造成型材料的均一性较差。在基板1的侧面横向贯穿基板1开设有第一通孔5，在基板1的竖向上开设有第二通孔6，第一通孔5和第二通孔6的数量根据实际需要设置；液体通过第一通孔5、第二通孔6进入空心柱体2内，使所述空心柱体2内、外侧的液体压强一致，即，通孔的直径能够使空心柱体2内冷却水的液面距空心柱体2的顶端距离始终保持一致，减少空心柱体2上的增材因受热不均造成应力集中。本实施例的基板1、空心柱体2及第一梗腋3、第二梗腋4一体成型。以需要激光增材制造高1m、外直径为830mm、内直径为720mm、壁厚为55mm的圆筒为例，根据试样要求先确定基板1上方空心柱体2的参数，要为熔覆区域外预留出一定空间方便激光增材制造的进行。基板1上方的空心柱体2外半径为425mm，内半径为350mm，两侧各预留出10mm。基板1的半径设为空心柱体2外半径的1.5倍，为637.5mm。根据试件重量，空心柱体2的高度为50mm，基板1高度为100mm，第一通孔5和第二通孔6的半径设为8mm。两条相互垂直的第一通孔5与第二通孔6的圆心位置均设置在基板1侧面高度中点。基板1上表面圆心处设置有一个竖孔，即第二通孔6，与第一通孔5相交，深度为50mm。内、外侧的第一梗腋3、第二梗腋4均为环状梗腋。第二梗腋4在基板1上所占距离为基板1的半径减去空心柱体2的外半径，为212.5mm。第一梗腋3在基板1的交点与距离基板1圆心最远的第三通孔6圆心之间的距离大于第三通孔6直径的3倍及以上，本实施例的第一梗腋3在基板1切点的位置为空心柱体2的内侧与第二通孔6边缘之间的中点，即第一梗腋3在基板1上的距离为171mm。内、外侧梗腋均使用圆弧过渡，且圆弧两条切线相交角度为150°。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光增材制造的底板，其特征在于，包括基板(1)、设置于基板上的空心柱体(2)，由所述空心柱体(2)的侧壁向所述基板(1)延伸设置有用于稳固空心柱体(3)的梗腋；所述梗腋沿所述空心柱体(2)四周形成连续的环状结构；所述基板(1)上设置有用于使液体进入所述基板(1)和空心柱体(2)内部的通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于激光增材制造的底板，其特征在于，包括基板(1)、设置于基板上的空心柱体(2)，由所述空心柱体(2)的侧壁向所述基板(1)延伸设置有用于稳固空心柱体(3)的梗腋；所述梗腋沿所述空心柱体(2)四周形成连续的环状结构；所述基板(1)上设置有用于使液体进入所述基板(1)和空心柱体(2)内部的通孔。


2.根据权利要求1所述的用于激光增材制造的底板，其特征在于，所述通孔包括横向贯穿基板(1)的第一通孔(5)，竖向贯通第一通孔(5)、空心柱体(2)的第三通孔(6)。


3.根据权利要求2所述的用于激光增材制造的底板，其特征在于，所述第一通孔(5)、第二通孔(6)不大于基板(1)高度的1/15，不小于基板(1)高度的1/20；所述第一通孔(5)的圆心到基板(1)底面之间的距离不大于基板(1)高度的2/3，不小于基板(1)高度的1/3。


4.根据权利要求2所述的用于激光增材制造的底板，其特征在于，其特征在于，所述第二通孔(6)的面积不超过空心柱体(2)内侧面积的20％。


5.根据权利要求1所述的用于激光增材制造的底板，其特征在于，所述梗腋包括在所述空心柱体(2)内、外壁上分别向所述基板(1)表面延伸设置的第一梗腋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞峰，胡振兴，刘彬，王凤江，陈书锦，岳航宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32